[发明专利]一种带有冷启动功能的压电能量收集系统及其方法

说明书

本发明公开了一种带有冷启动功能的压电能量收集系统及其方法，该系统包括：P‑SSHI整流模块、冷启动模块、电荷泵模块和多输出负载模块，其中冷启动模块包括：电压调整单元、连接控制单元和电平移位器。本发明通过动态连接压电材料区域，收集能量帮助系统在冷状态下进行启动，并能提升能量收集效率，当系统成功进行冷启动，收集到足够的能量后，能同时对不同功率的负载进行供电，达到多输出负载的目的。

技术领域

本发明涉及电源管理芯片领域，具体说是一种应用于压电能量收集的接口电路及其冷启动控制方法。

背景技术

随着物联网技术的深入发展，关于无线传感器网络节点的自供电问题引起了全球学者的广泛兴趣；目前主要思路是采用接口电路从环境中收集能量用来给节点电路供电，在收集振动能时，最常用的就是FBR技术，但是传统FBR技术存在整流效率低和整流损耗大等缺点。基于FBR技术，能大大提升整流效率的P-SSHI技术被提出；然而当系统振动源激励水平低或者系统储存能量低的情况下，P-SSHI电路存在冷启动的问题，这与能量收集系统能否正常工作密切相关，故仍是等待解决的问题。

目前关于P-SSHI的能量收集技术中，冷启动问题依然很少有人去探索和解决，在自供电的系统中，如果不能解决冷启动问题，那么实际应用中就不具备实际可操作性。

发明内容

本发明为克服现有压电能量收集技术存在的问题，提出一种带有冷启动功能的压电能量收集系统及其方法，以期在系统处于冷态时能动态连接压电材料区域，帮助系统摆脱冷态并增加能量收集效率，从而让压电能量收集系统在实际应用场景中能够正常工作。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种带有冷启动功能的压电能量收集系统的特点包括：P-SSHI整流模块、电荷泵模块、冷启动模块和多输出负载模块；

所述P-SSHI整流模块包括：峰值检测单元、开关控制单元、FBR整流单元、第一电平移位器和NMOS开关管；

所述多输出负载模块包括：第一负载电容C_L、第二负载电容C_DD、PMOS开关管和负载单元；所述PMOS开关管的源极与第一负载电容C_L的一端相连，所述PMOS开关管的漏极与第二负载电容C_DD的一端相连；

所述冷启动模块包括：电压调节单元、连接控制单元和第三电平移位器；

所述压电能量收集系统的振动源由等效电流源I_P和等效电容C_P并联而成，并将所述振动源等效成两组电流源和电容组成，分别记为I₁和C₁，I₂和C₂；所述NMOS开关管的漏极和第一组电流源I₁相连，所述NMOS开关管的源极与第二组电流源I₂相连；

当所述压电能量收集系统处于冷状态时，所述压电能量收集系统由第一组电流源I₁供电；