[实用新型]一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于将振动能转换为电能的压电振动能量采集系统，尤其涉及一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统。

背景技术

振动是环境中广泛存在的一种能量形式，如大自然中水和空气的流动、工业机器运作时的振动、交通工具运行时的振动及人体运动产生的振动等都具有振动能，而且振动能具有较高的能量密度。压电式振动能量采集器利用压电材料的正压电效应，将环境中的振动能转换为电能。目前的压电式振动能量采集器通常由压电换能器和整流器组成，通过压电换能器将振动能转化成电能，但由于环境中振动源的振幅与频率是交流时变的，所以压电换能器输出的电能是不稳定的，无法直接为负载供电，需要整流器将压电换能器输出的交流电转换成直流电，才能为一般电子系统提供适用的稳定直流电。但是目前这种由压电换能器和整流器组成的压电式振动能量采集器，不仅能量采集的效率低，而且采集的能量受整流器中电容电压和负载大小的影响。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能量采集效率较高的基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统，包括相互连接的压电换能器和全桥整流电路，还包括时序控制电路、最大功率点检测电路、Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器、Buck-Boost单向DC/DC变换器、第一开关和第二开关，所述的时序控制电路分别与所述的第一开关、所述的第二开关、所述的最大功率点检测电路、所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器连接，所述的第一开关与所述的全桥整流电路连接，所述的第二开关分别与所述的全桥整流电路、所述的最大功率点检测电路连接，所述的最大功率点检测电路与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器连接，所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器与所述的全桥整流电路连接，所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器上连接有储能电容，所述的储能电容与所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器连接，所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器的电压输出端分别与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器和负载连接，且所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器的电压输出端通过低压降稳压器LDO给所述的时序控制电路、所述的最大功率点检测电路和所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器提供工作电源。

进一步地，所述的全桥整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和滤波电容，所述的第一二极管的正极和所述的第二二极管的负极相连后与所述的压电换能器相连接，所述的第一二极管的负极和所述的第三二极管的负极同时与所述的第一开关的第一接线端、所述的第二开关的第一接线端相连，所述的第三二极管的正极和所述的第四二极管的负极相连后与所述的压电换能器相连接，所述的第四二极管的正极和所述的第二二极管的正极接地，所述的滤波电容的一端与所述的第一开关的第二接线端相连，所述的滤波电容的另一端接地。

进一步地，所述的最大功率点检测电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第五二极管、第六二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第一NMOS管，所述的第一电阻的一端分别与所述的第五二极管的正极、所述的第一运算放大器的反相输入端相连接，所述的第一电阻的另一端分别与所述的第二运算放大器的反相输入端、输出端相连接，所述的第五二极管的负极、所述的第六二极管的正极分别与所述的第一运算放大器的输出端相连接，所述的第六二极管的负极、所述的第一电容的一端、所述的第二电阻的一端分别与所述的第二运算放大器的同相输入端相连接，所述的第二运算放大器的输出端与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器相连接，所述的第一电容的另一端接地，所述的第二电阻的另一端与所述的第一NMOS管的漏极相连接，所述的第一NMOS管的源极接地，所述的第一NMOS管的栅极与所述的时序控制电路相连接，所述的第三电阻的一端、所述的第四电阻的一端分别与所述的第一运算放大器的同相输入端相连接，所述的第三电阻的另一端与所述的第二开关的第二接线端相连接，所述的第四电阻的另一端接地。