[发明专利]一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路

说明书

本发明公开了一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路，包括并联同步开关电感整流电路和自适应开关控制电路；并联同步开关电感整流电路包括并联同步开关电感电路和桥式整流电路并联，并联同步开关电感电路由电感和开关支路串联构成，开关支路包括两条并联支路，一条支路由第五号二极管和PMOS开关串联而成，另一条支路由第六号二极管和NMOS开关串联而成；自适应开关控制电路包括参考电压电路、D触发器和比较器电路，整流电容的正整流电压端连接参考电压电路，所述参考电压电路为比较器电路提供输入参考电压。本发明减少电荷传输过程中的浪费，从而提高在器件固有频率外的输出功率。

技术领域

本发明属于压电振动能量收集领域，更具体的说，是涉及一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路。

背景技术

通过压电悬臂梁将自然环境中的机械振动能量转化为电能为微型传感器节点供电是一个热点研究方向。常见的压电能量收集器件具有悬臂梁结构，在实际应用中其主要的限制是：当环境中的振动频率偏离压电能量收集器件的固有频率时候，压电能量收集器件的输出功率会急剧下降，从而限制了压电能量收集器件的宽频应用。传统的桥式整流器由于无法调节输出电流和压电能量器件端口电压相位，在整流过程中存在电荷的浪费，因此无法提高固有振动频率之外的输出功率。

电压自动调理电路作为一种非线性技术可以调节压电能量收集器件的输出电流与输出电压相位关系，从而提高在器件固有频率外的输出功率。

发明内容

针对传统桥式整流电路存在电荷浪费的问题，本发明公开了一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路，可以根据外界振动频率实时控制电压翻转过程。通过自适应控制电压翻转过程，可以调节压电能量收集器件的输出电流与输出电压相位关系，减少电荷传输过程中的浪费，从而提高在器件固有频率外的输出功率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路，包括并联同步开关电感整流电路和自适应开关控制电路；

所述并联同步开关电感整流电路由并联同步开关电感电路和桥式整流电路并联组成，所述桥式整流电路由四个二极管和一个整流电容构成；所述并联同步开关电感电路由电感和开关支路串联构成，所述开关支路包括两条并联的支路，其中一条支路由第五号二极管和PMOS开关串联而成，另一条支路由第六号二极管和NMOS开关串联而成；

所述自适应开关控制电路包括参考电压电路、D触发器和比较器电路，所述整流电容的正整流电压端连接参考电压电路，所述参考电压电路为比较器电路提供输入参考电压；

所述D触发器的数据输入端口分别连接PMOS开关栅极和NMOS开关栅极，所述D触发器的互补输出端口分别连接PMOS开关栅极和NMOS开关栅极，所述D触发器的时钟输入端口连接比较器电路输出端，所述D触发器的清零端口和预置端口均接地。

所述参考电压电路包括运算放大器，所述运算放大器的反相输入端经第一电阻接地，反相输入端和输出端之间连接有第二电阻，同相输入端分别连接有第三电阻和第四电阻，所述第三电阻连接至整流电容的正整流电压端，第四电阻分别连接有第五电阻和第六电阻，所述第五电阻接地，第六电阻接电压源。

所述比较器电路包括第一电压比较器和第二电压比较器，所述第一电压比较器的反相输入端连接压电能量收集器件输出电压正极，所述第二电压比较器的反相输入端连接压电能量收集器件输出电压负极，所述第一电压比较器和第二电压比较器的同相输入端均连接至参考电压电路中运算放大器的输出端，所述第一电压比较器和第二电压比较器的输出端均连接与门的输入端，所述与门的输出端连接至D触发器的时钟输入端口。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：