本发明专利技术公开了一种用于压电能量收集器的整流电路，解决现有电路在压电能量收集器整流电压大于2.5V的情况下，电路的能耗较大、压电能量收集器效率低的问题，本发明专利技术包括全波整流桥（2）和有源二极管电路（4），还包括偏置电路（3），全波整流桥（2）的输出端分别连接有源二极管电路（4）和偏置电路（3）的输入端，偏置电路（3）的输出端连接有源二极管电路（4）中比较器的偏置电压端，有源二极管电路（4）的输出端接有储能电容C3。本发明专利技术的优点是：功耗较小，能量转换效率高，能保证无线网络传感节点负载的能量需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微能量收集
，具体涉及一种用于压电能量收集器的整流电 路。
技术介绍
目前，无线传感器节点的传统电池供电方式存在存储能量有限、寿命短，定期更换 电池会使成本大幅增加，有的场合甚至不可能实现更换等缺陷。而自然环境中充满了大量 的环境能量，如太阳能、热能、风能、电磁能以及振动能等，因此基于环境能量收集技术，利 用换能器将不同的环境能量转换成电能，再经过电源管理专用电路进行高效的管理与调 节，从而构成一种新型的免维护、长寿命的自供电电源，满足无线传感器节点对电源高效、 环保、独立、持久的需求。由于振动能是一种广泛存在的能量形式，特别是广泛存在于汽车、 飞机、桥梁等大型机械、建筑结构中，因此通过压电能量换能器收集振动能具有普遍意义和 广泛的应用前景。 与传统宏结构尺寸的能量收集器相比，MEMS压电能量收集器具有体积小、重量轻、 功率密度大、便于集成等诸多优点。但是，由于受尺寸体积的限制，MEMS压电能量收集器总 的输出功率较低，一般为uW级，输出阻抗高，输出电流小仅有yA级，不能直接为后续无线 传感器节点等负载供电。 aAnInput-PoweredActiveAC/DCConverterwithZeroStandbyPower forEnergyHarvestingApplication(-种适用于能量收集零待机功耗的自供电有 源AC/DC整流电路）"，YuanRa。，DavidP.Arnold,EnergyConversionCongressand Exposition(ECCE)，2010IEEE，第4441~4446页记载了一种适用于压电能量收集的AC/DC 整流电路，它将全波整流电路直接与有源二极管电路（ActiveDiode)相连接。全波整流电 路将能量收集器获得的交流电转化为直流电，以便存储电能；有源二极管电路由一个比较 器和一个PM0S管组成，其作用是控制电流的流向，避免电流从输出端倒灌至输入端。 该电路存在的问题是：有源二极管电路中的偏置电压（偏置电压是指比较器中用 于产生偏置电流的NM0S管的栅端电压）由全波整流后的电压直接提供，在全波整流桥输出 电压在2. 5V以下时，有源二极管电路能耗较小。然而在较多情况下，MEMS压电能量收集器 经全波整流后的电压能够达到2. 5V-5V，在偏置电压高于2. 5V的情况下，有源二极管电路 将消耗较大的能量，降低了压电能量收集器的效率。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种用于压电能 量收集器的整流电路，它在压电能量收集器整流电压大于2. 5V的情况下，能减小电路的功 耗，提高能量收集器的效率。 为了解决上述技术问题，本专利技术包括全波整流桥和有源二极管电路，还包括偏置 电路，全波整流桥的输出端分别连接有源二极管电路和偏置电路的输入端，偏置电路的输 出端连接有源二极管电路中比较器的偏置电压端，有源二极管电路的输出端接有储能电容C3〇 由于有源二极管电路中比较器的偏置电压依靠偏置电路提供，偏置电路的输出电 压设置为〇. 7V以下，该偏置电压值能够使有源二极管电路中的NM0S场效应管工作在亚阈 值区，从而有效降低功耗，且偏置电路本身功耗也很低，所以本专利技术的电路功耗较小，提高 了能量收集器的效率。 本专利技术的优点是：功耗较小，能量转换效率高，能保证无线网络传感节点负载的能 量需求。【附图说明】 本专利技术的【附图说明】如下： 图1为本专利技术的原理框图； 图2为本专利技术的原理电路图。 图中：1.压电能量收集器；2.全波整流桥；3.偏置电路；4.有源二极管电路。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明： 如图1和图2所示，本专利技术包括全波整流桥2和有源二极管电路4,还包括偏置电 路3,全波整流桥2的输出端分别连接有源二极管电路4和偏置电路3的输入端，偏置电路 3的输出端连接有源二极管电路4中比较器的偏置电压端，有源二极管电路4的输出端接有 储能电容C3。 本专利技术工作的原理是：压电能量收集器1产生的电能输送至全波整流桥2,整流后 将电能输送至低能量存储单元C1，低能量存储单元C1为偏置电路3提供电源，偏置电路3 为有源二极管电路4的电压比较器提供稳定的偏置电压，此时，整流后的电能由有源二极 管电路4输送至高能量存储单元C3。存储单元C3的电压在2. 5V~5V范围内。 如图2所示，在偏置电路3中，电容C1作为低电量存储单元，为偏置电路3提供电 压。二极管Dl、D2、D3作为降压管为C1降低存储电压，三个二极管可以使电压降低2V(三 个二极管连接点处可引出四个引脚，根据实际应用中所对应能量收集电压值，悬空或连接 不同引脚，自主性选择连入电路的二极管数量为〇、1、2或3,保证偏置电路正常工作），减小 了偏置电路的工作电压，从而保证偏置电路3较低功耗，同时也降低了偏置电路3的输出电 压，降低至0. 7V以下。该偏置电路3包含8个M0S管，M2、M5、M8为PM0S组成电流镜，M1、 M4为PM0S通过向漏端注入电流构成启动电路，M2、M6、M7和M8组成负反馈回路，M5、M7和 M8构成正反馈回路，但M2、M5、M6、M7与M8构成的合反馈回路为负反馈，以保持电路输出电 压的稳定。 若M2、M5漏电流产生电流增量AIMjPAIM5,M2、M5和M8构成电流镜，则有 IM2=GIM5 (1) AIM2=GAIM5 (2) 式中G为M6和M8的宽长比〇) 式中W、L分别为对应M0S管的宽度和长度。 M2漏电流的小信号增量具有如下关系 AIM6=AIM2 ?R?gnM6 ⑷ 式中为M6管的跨导，R为M2漏端与地之间等效电阻，并且有 (5)式中，VTH为M6管的阈值电压，VDSatM6是M6管的漏源饱和电压。 将式（5)和（6)代入（4)中可得 同样地，M7与M8也符合式（7)的关系，即AIM7>AIMS。 式（7)表明，M6的漏电压和M7的栅电压将会减小，从而M2、M5、M7和M8的漏电流 将会减小，因此M2、M5、M6、M7和M8构成的合反馈回路为负反馈。 为保证偏置电路3能够将输出电压控制在0. 7V以下，电路中的M3使用二极管方 式连入电路，与R1 -起产生较大的MQ级电阻，使得M2管的漏电流维持在nA级。通过M2 电流镜镜像作用，使得整个电路能够工作在亚阈值状态，从而保证了偏置电路3的输出电 压在0. 7V以下。图中，M6管漏端电压即为本专利技术中所需要的偏置电压。 偏置电路是指向有源二极管电路4提供0. 7V以下偏置电压的电路，除上述的偏置 电路 3 以外，偏置电路还有：如 2003 年 1 月，IEEEJOURNALOFSOLID-STATECIRCUITS第 38 卷第 1 期 15卜154 页上记载了G.Giustolisi，G.Palumbo等人的"ALow-VoltageLow-Power VoltageReferenceBasedonSubthresholdMOSFETs(基于亚阈值M0S场效应管低电压 低功耗电压基准）"；2009 年 10 月，IEEEJOURNALOFSOLID-STATECIRCUITS第 44 卷第 10 期 465-474 页上记载了Ipp本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于压电能量收集器的整流电路，包括全波整流桥（2）和有源二极管电路（4），其特征是：还包括偏置电路（3），全波整流桥（2）的输出端分别连接有源二极管电路（4）和偏置电路（3）的输入端，偏置电路（3）的输出端连接有源二极管电路（4）中比较器的偏置电压端，有源二极管电路（4）的输出端接有储能电容C3。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余华，吴汉，卢山，易小周，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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