一种自供电式非线性压电振动能量提取电路

摘要

本发明公开了一种自供电式非线性压电振动能量提取电路，包括用于收集压电材料由于应变产生的电荷并将其转换为直流电输出给外界负载供电的非线性能量提取电路模块；用于检测压电材料表面的电荷极值，并发出控制信号以控制非线性能量提取电路的通断的极值检测电路模块；和向非线性能量收集电路模块和极值检测电路模块中低功耗电子器件供电的供电电路模块。本发明提出的非线性能量提取电路回收功率相比标准电路得到极大的提高，并且具有很高的输出电压，可匹配多种电源管理方式，对于无线网络式传感节点的供电具有广泛的应用前景。

主权项

一种自供电式非线性压电振动能量提取电路，其特征在于，包括：用于收集压电材料由于应变产生的电荷并将其转换为直流电输出给外界负载供电的非线性能量提取电路模块；用于检测压电材料表面的电荷极值，并发出控制信号以控制非线性能量提取电路的通断的极值检测电路模块；和向非线性能量收集电路模块和极值检测电路模块中低功耗电子器件供电的供电电路模块；其中，所述的非线性能量提取电路模块包括第一压电元件，第一、第二、第三模拟开关，第三、第四、第五、第六二极管，第一、第二储能电容，阈值控制电路、电感和升压/降压转换器，其中，所述的第一压电元件第一端通过电感连接于第三二极管正极与第五二极管负极之间，第一压电元件第二端连接于第四二极管正极与第六二极管负极之间；第一模拟开关由第一P型场效应管组成，第一场效应管的集电极与第五二极管的正极连接，第五二极管的负极与第三二极管的正极连接，第一场效应管的发射级与“地”端连接；第二模拟开关由第二P型场效应管组成，第二P型场效应管的集电极与第六二极管的正极连接，第六二极管的负极与第四二级管的正极连接，第二P型场效应管的发射级与“地”端连接；所述第一储能电容第一端与第三、第四二极管负极连接，第一储能电容第二端与“地”端连接；第一储能电容第一端通过第三模拟开关与升压/降压转换器原边的阳极连接，升压/降压转换器原边的阴极与第一储能电容的第二端连接；升压/降压转换器副边的阳极通过第七二极管与第二储能电容的阳极相连，副边的阴极与第二储能电容的负极相连；所述的阈值控制电路检测所述第一储能电容上的电压信号，并向第三模拟开关发出驱动信号；所述的极值检测电路模块包括第二压电元件、输入信号调理模块、低通滤波模块和电压比较模块，其中，输入信号调理模块由第一、第二电阻和第一电压跟随电路组成，低通滤波模块由第三可调电阻、第六电容和第二运算放大器组成，电压比较模块由第三、第四运算放大器组成；第二压电元件的电压信号经过所述信号调理模块将电压信号幅值调理后，再将该信号经过所述低通滤波模块，将原信号与经过低通滤波的信号经过所述电压比较模块进行比较，向第一、第二模拟开关输出控制信号；所述的自供电电路包括第三压电元件、第一、第二二极管和第三、第四、第五电容，所述第三压电元件上的交流电压经过第一、第二二极管半波整流，再经过第三、第四、第五电容低通滤波以后，在第三电容的阳极形成正向直流电压，在第五电容的阴极形成负向直流电压，向电路自身供电。