[发明专利]基于压电发电的便携设备自供能系统

说明书

本发明涉及一种基于压电发电的便携设备自供能系统，悬臂梁式单晶压电发电振子将环境中的振动能转换为电能依次经过整流滤波电路、电能收集与存储模块、升压稳压模块后输出稳定5V直流电给功耗便携设备供电。悬臂梁式单晶压电发电振子悬空端设置质量块，极大的减小了振子的固有频率，能够更好的适应低频环境振动，进而提高了悬臂梁式单晶压电发电振子的输出电能；电能收集与存储模块的电能管理芯片采用的超低功耗芯片BQ25504，冷启动电压仅为330mV，可以持续收集悬臂梁式单晶压电发电振子产生的电能并存储在超级电容中；升压稳压模块采用超低功耗芯片TPS61020，升压转换效率高达95％，可将超级电容中的电压升至5V，进而为低功耗便携设备提供稳定的电能。

技术领域

本发明涉及一种供电装置，特别涉及一种基于压电发电的便携设备自供能系统。

背景技术

随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical-System,MEMS)的快速发展，便携式低功耗电子产品得到了广泛应用。但目前便携设备主要依靠传统的化学电池供能，存在体积大不利于集成、寿命有限需定期更换以及制造和使用过程会造成环境污染等诸多问题，迫切需要可持续供电的绿色微能源。

近年来，太阳能、风能、声能、环境振动能及温差能等可再生能源受到越来越多的关注。其中，在环境中广泛存在的振动能，不受周围温度与光照长短影响，能量获取持续稳定，是锂电池等传统化学系统潜在的替代能源。环境振动能可基于压电、静电及电磁等方式获取，由于压电式能量获取结构简单、易于微型化与集成，且能量转换密度大，应用前景十分广阔。

发明内容

本发明是针对传统化学电池为便携设备供电存在的问题，提出了一种基于压电发电的便携设备自供能系统，采用悬臂梁式单晶压电发电振子、能量采集与存储电路和升压稳压电路相连组成微系统为便携设备供电，可满足低功耗电子产品的自供能供电需求。

本发明的技术方案为：一种基于压电发电的便携设备自供能系统，包括悬臂梁式单晶压电发电振子、整流滤波电路、电能收集与存储模块以及升压稳压模块，悬臂梁式单晶压电发电振子将环境中的振动能转换为电能送入整流滤波电路后，输出直流电进入电能收集与存储模块，低电能收集与存储模块中储能元件存储的电能经过升压稳压模块后输出给功耗便携设备供电；

悬臂梁式单晶压电发电振子包括金属弹性基体、压电晶体、质量块，压电晶体全覆盖于弹性基体上；质量块在压电晶体上并置于压电晶体一端；弹性基体、压电晶体和质量块通过导电胶粘贴在一起，形成单晶压电振子；单晶压电振子一端固定，另一端悬空，并且质量块在悬空端，构成悬臂梁式单晶压电发电振子。

所述电能收集与存储电路由超低功耗电能管理芯片BQ25504及电容、电感和电阻组成，芯片BQ25504持续收集悬臂梁式单晶压电发电振子提供的大于80mV的电送超级电容存储。

所示升压稳压模块主要由芯片TPS61020及电容、电感和电阻组成，输出5V稳定电压电。

本发明的有益效果在于：本发明基于压电发电的便携设备自供能系统，悬臂梁式单晶压电发电振子自由端设置质量块，极大的减小了振子的固有频率，能够更好的适应低频环境振动，进而提高了悬臂梁式单晶压电发电振子的输出电能；电能收集与存储模块的电能管理芯片采用的超低功耗芯片BQ25504，冷启动电压仅为330mV，可以持续收集悬臂梁式单晶压电发电振子产生的电能并存储在存储元件超级电容中；升压稳压模块采用超低功耗芯片TPS61020，升压转换效率高达95％，可将超级电容中的电压升至5V，进而为低功耗便携设备提供稳定的电能。

附图说明

图1为本发明便携设备压电自供能系统结构图；

图2为本发明悬臂梁式单晶压电发电振子结构示意图；

图3为本发明整流滤波电路、电能收集与存储模块的仿真电路图；