一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统，包括相互连接的压电换能器和全桥整流电路，特点是还包括时序控制电路、最大功率点检测电路、Buck‑Boost级联型双向DC/DC变换器、Buck‑Boost单向DC/DC变换器、第一开关和第二开关；优点是该基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统能能快速根据当前振动幅值调整电路采集状态，实现高效的压电振动能量采集，而且与整流器中负载的变化无关。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于将振动能转换为电能的压电振动能量采集系统，尤其涉及一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统。
技术介绍
振动是环境中广泛存在的一种能量形式，如大自然中水和空气的流动、工业机器运作时的振动、交通工具运行时的振动及人体运动产生的振动等都具有振动能，而且振动能具有较高的能量密度。压电式振动能量采集器利用压电材料的正压电效应，将环境中的振动能转换为电能。目前的压电式振动能量采集器通常由压电换能器和整流器组成，通过压电换能器将振动能转化成电能，但由于环境中振动源的振幅与频率是交流时变的，所以压电换能器输出的电能是不稳定的，无法直接为负载供电，需要整流器将压电换能器输出的交流电转换成直流电，才能为一般电子系统提供适用的稳定直流电。但是目前这种由压电换能器和整流器组成的压电式振动能量采集器，不仅能量采集的效率低，而且采集的能量受整流器中电容电压和负载大小的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能量采集效率较高的基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统，包括相互连接的压电换能器和全桥整流电路，还包括时序控制电路、最大功率点检测电路、Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器、Buck-Boost单向DC/DC变换器、第一开关和第二开关，所述的时序控制电路分别与所述的第一开关、所述的第二开关、所述的最大功率点检测电路、所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器连接，所述的第一开关与所述的全桥整流电路连接，所述的第二开关分别与所述的全桥整流电路、所述的最大功率点检测电路连接，所述的最大功率点检测电路与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器连接，所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器与所述的全桥整流电路连接，所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器上连接有储能电容，所述的储能电容与所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器连接，所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器的电压输出端分别与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器和负载连接，且所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器的电压输出端通过低压降稳压器LDO给所述的时序控制电路、所述的最大功率点检测电路和所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器提供工作电源。进一步地，所述的全桥整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和滤波电容，所述的第一二极管的正极和所述的第二二极管的负极相连后与所述的压电换能器相连接，所述的第一二极管的负极和所述的第三二极管的负极同时与所述的第一开关的第一接线端、所述的第二开关的第一接线端相连，所述的第三二极管的正极和所述的第四二极管的负极相连后与所述的压电换能器相连接，所述的第四二极管的正极和所述的第二二极管的正极接地，所述的滤波电容的一端与所述的第一开关的第二接线端相连，所述的滤波电容的另一端接地。进一步地，所述的最大功率点检测电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第五二极管、第六二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容和第一NMOS管，所述的第一电阻的一端分别与所述的第五二极管的正极、所述的第一运算放大器的反相输入端相连接，所述的第一电阻的另一端分别与所述的第二运算放大器的反相输入端、输出端相连接，所述的第五二极管的负极、所述的第六二极管的正极分别与所述的第一运算放大器的输出端相连接，所述的第六二极管的负极、所述的第一电容的一端、所述的第二电阻的一端分别与所述的第二运算放大器的同相输入端相连接，所述的第二运算放大器的输出端与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器相连接，所述的第一电容的另一端接地，所述的第二电阻的另一端与所述的第一NMOS管的漏极相连接，所述的第一NMOS管的源极接地，所述的第一NMOS管的栅极与所述的时序控制电路相连接，所述的第三电阻的一端、所述的第四电阻的一端分别与所述的第一运算放大器的同相输入端相连接，所述的第三电阻的另一端与所述的第二开关的第二接线端相连接，所述的第四电阻的另一端接地。进一步地，所述的时序控制电路包括NE556双时基芯片、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和反相器7404，所述的第五电阻的一端、所述的第七电阻的一端、所述的NE556双时基芯片的4脚、10脚、14脚分别与工作电源相连接，所述的第五电阻的另一端、所述的第六电阻的一段分别与所述的NE556双时基芯片的1脚相连接，所述的第六电阻（R6）的另一端与所述的第二电容的一端相连后与所述的NE556双时基芯片的2脚、6脚相连接，所述的第三电容的一端与所述的NE556双时基芯片的3脚相连接，所述的第二电容的另一端、所述的第三电容的另一端和所述的NE556双时基芯片的7脚均接地，所述的第七电阻的另一端与所述的第四电容的一端相连后与所述的NE556双时基芯片的12脚、13脚相连接，所述的第五电容的一端与所述的NE556双时基芯片的11脚相连接，所述的第四电容的另一端和所述的第五电容的另一端接地，所述的反相器7404的1脚分别与所述的NE556双时基芯片的9脚、所述的第二开关的第三接线端相连接，所述的反相器7404的2脚分别与所述的第一开关的第三接线端、所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器相连接，所述的反相器7404的3脚和所述的NE556双时基芯片的5脚均与所述的NE556双时基芯片的8脚相连接，所述的反相器7404的4脚与所述的第一NMOS管的栅极相连接。进一步地，所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器包括第一驱动芯片IR2110、第二驱动芯片IR2110、第六电容、第七电容、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一片内寄生二极管、第十二片内寄生二极管、第十三片内寄生二极管、第十四片内寄生二极管、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、电感、第三运算放大器、第四运算放大器、第五运算放大器、第六运算放大器、第七运算放大器、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、与门7408、或门7432、反相器7404和锯齿波发生电路，所述的第一驱动芯片IR2110的9脚、所述的第二驱动芯片IR2110的9脚分别与工作电源相连接，所述的第一驱动芯片IR2110的3脚、所述的第二驱动芯片IR2110的3脚分别与所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器的电压输出端相连接，所述的第七二极管的正极与所述的第一驱动芯片IR2110的3脚相连接，所述的第七二极管的负极、所述的第六电容的一端与所述的第一驱动芯片IR2110的6脚相连接，所述的第六电容的另一端与所述的第一驱动芯片IR2110的5脚相连接，所述的第二NMOS管的漏极、所述的第十一片内寄生二极管的负极与所述的滤波电容的一端相连接，所述的第十一片内寄生二极管的正极、所述的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统，包括相互连接的压电换能器和全桥整流电路，其特征在于还包括时序控制电路、最大功率点检测电路、Buck‑Boost级联型双向DC/DC变换器、Buck‑Boost单向DC/DC变换器、第一开关（S1）和第二开关（S2），所述的时序控制电路分别与所述的第一开关（S1）、所述的第二开关（S2）、所述的最大功率点检测电路、所述的Buck‑Boost级联型双向DC/DC变换器连接，所述的第一开关（S1）与所述的全桥整流电路连接，所述的第二开关（S2）分别与所述的全桥整流电路、所述的最大功率点检测电路连接，所述的最大功率点检测电路与所述的Buck‑Boost级联型双向DC/DC变换器连接，所述的Buck‑Boost级联型双向DC/DC变换器与所述的全桥整流电路连接，所述的Buck‑Boost级联型双向DC/DC变换器上连接有储能电容（Csto），所述的储能电容（Csto）与所述的Buck‑Boost单向DC/DC变换器连接，所述的Buck‑Boost单向DC/DC变换器的电压输出端分别与所述的Buck‑Boost级联型双向DC/DC变换器和负载连接，且所述的Buck‑Boost单向DC/DC变换器的电压输出端通过低压降稳压器LDO给所述的时序控制电路、所述的最大功率点检测电路和所述的Buck‑Boost级联型双向DC/DC变换器提供工作电源。...

【技术特征摘要】
1.一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统，包括相互连接的压电换能器和全桥整流电路，其特征在于还包括时序控制电路、最大功率点检测电路、Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器、Buck-Boost单向DC/DC变换器、第一开关（S1）和第二开关（S2），所述的时序控制电路分别与所述的第一开关（S1）、所述的第二开关（S2）、所述的最大功率点检测电路、所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器连接，所述的第一开关（S1）与所述的全桥整流电路连接，所述的第二开关（S2）分别与所述的全桥整流电路、所述的最大功率点检测电路连接，所述的最大功率点检测电路与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器连接，所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器与所述的全桥整流电路连接，所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器上连接有储能电容（Csto），所述的储能电容（Csto）与所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器连接，所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器的电压输出端分别与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器和负载连接，且所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器的电压输出端通过低压降稳压器LDO给所述的时序控制电路、所述的最大功率点检测电路和所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器提供工作电源。2.如权利要求1所述的一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统，其特征在于：所述的全桥整流电路包括第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）和滤波电容（Crect），所述的第一二极管（D1）的正极和所述的第二二极管（D2）的负极相连后与所述的压电换能器相连接，所述的第一二极管（D1）的负极和所述的第三二极管（D3）的负极同时与所述的第一开关（S1）的第一接线端、所述的第二开关（S2）的第一接线端相连，所述的第三二极管（D3）的正极和所述的第四二极管（D4）的负极相连后与所述的压电换能器相连接，所述的第四二极管（D4）的正极和所述的第二二极管（D2）的正极接地，所述的滤波电容（Crect）的一端与所述的第一开关（S1）的第二接线端相连，所述的滤波电容（Crect）的另一端接地。3.如权利要求1所述的一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统，其特征在于：所述的最大功率点检测电路包括第一运算放大器（U1）、第二运算放大器（U2）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第一电容（C1）和第一NMOS管（M1），所述的第一电阻（R1）的一端分别与所述的第五二极管（D5）的正极、所述的第一运算放大器（U1）的反相输入端相连接，所述的第一电阻（R1）的另一端分别与所述的第二运算放大器（U2）的反相输入端、输出端相连接，所述的第五二极管（D5）的负极、所述的第六二极管（D6）的正极分别与所述的第一运算放大器（U1）的输出端相连接，所述的第六二极管（D6）的负极、所述的第一电容（C1）的一端、所述的第二电阻（R2）的一端分别与所述的第二运算放大器（U2）的同相输入端相连接，所述的第二运算放大器（U2）的输出端与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器相连接，所述的第一电容（C1）的另一端接地，所述的第二电阻（R2）的另一端与所述的第一NMOS管（M1）的漏极相连接，所述的第一NMOS管（M1）的源极接地，所述的第一NMOS管（M1）的栅极与所述的时序控制电路相连接，所述的第三电阻（R3）的一端、所述的第四电阻（R4）的一端分别与所述的第一运算放大器（U1）的同相输入端相连接，所述的第三电阻（R3）的另一端与所述的第二开关（S2）的第二接线端相连接，所述的第四电阻（R4）的另一端接地。4.如权利要求3所述的一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统，其特征在于：所述的时序控制电路包括NE556双时基芯片、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）、第七电阻（R7）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、第五电容（C5）和反相器7404，所述的第五电阻（R5）的一端、所述的第七电阻（R7）的一端、所述的NE556双时基芯片的4脚、10脚、14脚分别与工作电源相连接，所述的第五电阻（R5）的另一端、所述的第六电阻（R6）的一段分别与所述的NE556双时基芯片的1脚相连接，所述的第六电阻（R6）的另一端与所述的第二电容（C2）的一端相连后与所述的NE556双时基芯片的2脚、6脚相连接，所述的第三电容（C3）的一端与所述的NE556双时基芯片的3脚相连接，所述的第二电容（C2）的另一端、所述的第三电容（C3）的另一端和所述的NE556双时基芯片的7脚均接地，所述的第七电阻（R7）的另一端与所述的第四电容（C4）的一端相连后与所述的NE556双时基芯片的12脚、13脚相连接，所述的第五电容（C5）的一端与所述的NE556双时基芯片的11脚相连接，所述的第四电容（C4）的另一端和所述的第五电容（C5）的另一端接地，所述的反相器7404的1脚分别与所述的NE556双时基芯片的9脚、所述的第二开关（S2）的第三接线端相连接，所述的反相器7404的2脚分别与所述的第一开关（S1）的第三接线端、所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器相连接，所述的反相器7404的3脚和所述的NE556双时基芯片的5脚均与所述的NE556双时基芯片的8脚相连接，所述的反相器7404的4脚与所述的第一NMOS管（M1）的栅极相连接。5.如权利要求4所述的一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统，其特征在于：所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器包括第一驱动芯片IR2110（Z1）、第二驱动芯片IR2110（Z2）、第六电容（C6）、第七电容（C7）、第七二极管（D7）、第八二极管（D8）、第九二极管（D9）、第十二极管（D10）、第十一片内寄生二极管（D11）、第十二片内寄生二极管（D12）、第十三片内寄生二极管（D13）、第十四片内寄生二极管（D14）、第八电阻（R8）、第九电阻（R9）、第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）、第十二电阻（R12）、第十三电阻（R13）、第十四电阻（R14）、第十五电阻（R15）、第十六电阻（R16）、第十七电阻（R17）、第十八电阻（R18）、第十九电阻（R19）、第二十电阻（R20）、第二十一电阻（R21）、第二十二电阻（R22）、第二十三电阻（R23）、电感（L1）、第三运算放大器（U3）、第四运算放大器（U4）、第五运算放大器（U5）、第六运算放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：施阁，夏银水，钱利波，叶益迭，陈定亨，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33