申请/专利权人：宁波大学

申请日：2020-07-22

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN112039368B

主分类号：H02N2/18

分类号：H02N2/18;H02J7/32

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2020.12.22#实质审查的生效;2020.12.04#公开

摘要：本发明公开了一种基于翻转倍压电荷提取的可拓展的能量俘获接口电路，特点是包括多个压电能采集模块、续流电感、翻转电感、续流二极管、储能电容和负载；优点是整体电路通过翻转倍压来大幅度的提高对压电能量的采集效率，并通过结构设计使得压电能采集模块可以不断叠加，通过共用电感来同时俘获多个压电片中的能量，翻转倍压使得提取效率变高，压电片与负载之间不形成回路，使得能量俘获效率的负载相关性大大减小；电路是完全自供电的，不需要外接电源，因此不会产生额外功耗；而且整个电路结构是可叠加的，可以根据实际的应用场景增加或减少压电能采集模块，以适用于不同的工作环境。

主权项：1.一种基于翻转倍压电荷提取的可拓展的能量俘获接口电路，其特征在于包括多个压电能采集模块、续流电感、翻转电感、续流二极管、储能电容和负载，所述的压电能采集模块包括压电片、第一检测电容、第二检测电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第一NPN管、第一PNP管、第二PNP管和第二NPN管，所述的压电片的一端、所述的第一二极管的阳极、所述的第一NPN管的基极、所述的第一PNP管的集电极、所述的第三二极管的阴极、所述的第四二极管的阳极及所述的第二PNP管的基极连接，所述的压电片的另一端、所述的第二二极管的阳极、所述的第五二极管的阳极、所述的第一检测电容的一端、所述的第二检测电容的一端及所述的第二NPN管的发射极连接，所述的第一检测电容的另一端、所述的第一NPN管的发射极及所述的第三二极管的阳极连接，所述的第二检测电容的另一端、所述的第二PNP管的发射极及所述的第四二极管的阴极连接，所述的第一NPN管的集电极与所述的第一PNP管的基极连接，所述的第二PNP管的集电极与所述的第二NPN管的基极连接，所述的第一二极管的阴极与所述的第二二极管的阴极均接地，所述的第一PNP管的发射极与所述的翻转电感的一端连接，所述的第五二极管的阴极与所述的翻转电感的另一端连接，所述的第二NPN管的集电极、所述的续流电感的一端及所述的续流二极管的阳极连接，所述的续流二极管的阴极、所述的储能电容的一端及所述的负载的一端连接，所述的储能电容的另一端、所述的负载的另一端及所述的续流电感的另一端均接地；在所述的压电片的一端电压低于另一端电压的前半周期内，当所述的压电片的另一端电压与一端电压的差值高过所述的第二二极管的导通压降时，所述的第二二极管导通，所述的压电片高电位的另一端接地，随着所述的压电片两端的压差逐渐增加，所述的第一电容的两端电势差也不断增大，直至所述的压电片的两端压差达到峰值，之后所述的压电片的两端压差开始减小，直至两者之间的电压之差大于所述的第一NPN管的阈值电压与所述的第三二极管的导通压降之和，此时所述的第一NPN管导通，从而导致所述的第一PNP管导通，此时，所述的压电片与所述的第五二极管、所述的第一PNP管以及所述的翻转电感构成一个LC谐振回路，此外所述的第一检测电容和所述的第一NPN管在回路中与所述的压电片并联，所述的第二检测电容和所述的第四二极管在回路中与所述的压电片并联，该回路经过14个LC谐振周期后，所述的压电片内部寄生电容、所述的第一检测电容和所述的第二检测电容上累积的电荷转移到所述的翻转电感上，再经过14个LC谐振周期后，所述的翻转电感上的电荷被翻转到所述的压电片内部检测电容及所述的第一检测电容和所述的第二检测电容上，此时所述的第一PNP管的发射极电压小于基极电压，所述的第一PNP管断开，所述的压电片两端电压通过所述的翻转电感在经过12个LC谐振周期后实现了前半周期的电压极性反转；在所述的压电片的一端电压高于另一端电压的后半个周期内，所述的第一二极管导通，所述的压电片高电位的一端接地，随着所述的压电片两端的压差逐渐增加，所述的第二检测电容的两端电势差也不断增大，直至所述的压电片的两端压差再次达到峰值，之后所述的压电片的两端压差开始减小，直至两者之间的电压之差大于所述的第二PNP管的阈值电压与所述的第四二极管的导通压降之和，此时所述的第二PNP管导通，从而导致所述的第二NPN管导通，此时，所述的压电片与所述的第二NPN管、所述的续流电感形成一个谐振回路，此外所述的第一检测电容和所述的第三二极管在回路中与所述的压电片并联，所述的第二检测电容和所述的第二PNP管在回路中与所述的压电片并联，该回路经过14个LC谐振周期后，所述的压电片的内部寄生电容、所述的第一检测电容和所述的第二检测电容上累积的电荷转移到所述的续流电感上，当所述的续流电感上的电流达到最大值时，所述的第一检测电容和所述的第二检测电容上的电荷释放完毕，导致所述的第二NPN管断开，然后所述的续流电感、所述的续流二极管和所述的储能电容构成回路，所述的续流电感上积累的能量通过续流二极管流向所述的储能电容。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 宁波大学 一种基于翻转倍压电荷提取的可拓展的能量俘获接口电路

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