本发明专利技术提供了一种用于压电能量收集的接口电路，包括控制单元，用于产生一控制信号，所述控制信号用于每到压电元件的正极电压和负极电压极值或者在每经过正极电压和负极电压变化的半周期点时控制所述与压电元件的储能元件相连的开关导通一导通时间，并控制所述开关在所述导通时间后断开，以实现偏置翻转，并进行压电能量收集。所述控制单元还用于把所述导通时间设置为储能元件与压电元件的等效电容的谐振周期的一半；和/或通过检测所述正极电压或负极电压的上升或下降到一预设电压值时，断开所述开关。
An interface circuit and method for piezoelectric energy collection
【技术实现步骤摘要】
一种用于压电能量收集的接口电路和方法
本专利技术涉及压电能量收集领域，尤其涉及一种可用于实现电感同步开关收集(SynchronizedSwitchHarvestingonInductor(SSHI))技术的压电能量收集的接口电路和方法。
技术介绍
整流器接口电路的好坏是实现压电能量收集多少的关键。虽然采用并联电感同步开关收集(ParallelSynchronizedSwitchHarvestingonInductor(P-SSHI))技术的整流器比采用单纯二极管构成的整流器能够收集更多的能量，但是，目前P-SSHI功能的实现主要是采用分立元器件的板集设计和微控制单元(MicrocontrollerUnit(MCU))的辅助。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种用于实现SSHI技术的压电能量收集的接口电路和方法。依据本专利技术的一个方面，提供了一种用于压电能量收集的接口电路，包括控制单元，用于产生一控制信号，所述控制信号用于每到压电元件的正极电压或负极电压变化的每半周期点或正极/负极达到极值处控制与所述压电元件的储能元件串联的开关导通，并控制所述开关在经过一导通时间后断开，以实现偏置翻转(biasflip)，并进行压电能量收集。依据本专利技术以上方面的接口电路，所述控制单元还用于把所述导通时间设置为所述储能元件与所述压电元件的等效电容的谐振周期的一半；和/或通过检测所述正极电压或负极电压从所述极值上升或下降到一预设电压值时，断开所述开关。依据本专利技术以上方面的接口电路，所述接口电路还包括具有第一到第四开关的开关电路，和/或所述第一到第四开关构成一整流桥，所述第一到第四开关中的一个或多个包括二极管或选择性开关管，和/或所述选择性开关管包括三极管、晶体管和/或金属氧化物半导体管；和/或所述控制单元还用于产生分别控制各个所述选择性开关管的控制信号。依据本专利技术以上方面的接口电路，在与所述储能元件相连的所述开关导通时所述储能元件经由所述开关与所述压电元件和所述开关电路串联或并联，和/或所述储能元件包括电感；和/或所述正极电压或负极电压变化周期的半周期点和/或正极负极的极值对应于所述压电元件形变到最大点处，和/或所述控制信号在每到压电元件的正极电压或负极电压变化的每半周期点或正极/负极达到极值时开始具有高电平，以使与所述储能元件相连的开关导通，和/或所述控制信号在所述每半周期点后一预设导通时间或所述正极电压或负极电压上升或下降到所述预设电压值时具有低电平，以断开与所述储能元件相连的开关；和/或所述预设值为经所述开关电路整流后的电压的分压。依据本专利技术的另一个方面，提供了一种方法，包括检测一压电元件的正极电压和负极电压变化周期的半周期点或极值，和/或响应于检测到所述极值或半周期点时控制与压电元件的储能元件相连的开关导通一小段时间，以实现偏置翻转，并进行压电能量收集。依据本专利技术以上方面的方法，还包括在每经过所述正极电压和负极电压的极值或半周期点时控制所述开关导通，所述导通时间设置为所述储能元件与压电元件的等效电容的谐振周期的一半；和/或把所述导通时间设置为，在检测到压电元件的正极电压或负极电压从所述极值上升或下降到一预设电压值时断开所述开关。依据本专利技术以上方面的方法，还包括响应于所述导通时间已到，控制所述开关断开，和/或响应于所述导通时间未到，使所述开关导通；和/或响应于正极电压或负极电压从所述极值上升或下降到所述预设电压值，控制与所述储能元件相连的所述开关断开；和/或响应于正极电压或负极电压未上升或下降到所述预设电压值，使与所述储能元件相连的所述开关导通。依据本专利技术以上方面的方法，还包括产生第一到第四控制信号；和/或利用第一到第四控制信号分别控制用于压电能量收集的开关电路的第一到第四开关的选通或断开；和/或通过分别比较所述正极电压与整流后电压和/或比较负极电压和所述整流后电压来产生所述第一到第四控制信号和/或用于控制与储能元件相连的开关的导通或断开的第五控制信号；和/或在检测到所述极值或半周期点时，使所述第五控制信号具有高电平，以控制与储能元件相连的开关导通，和/或在检测到所述导通时间结束或压电元件的正极电压或负极电压从所述极值上升或下降到一预设电压值时，使所述第五控制信号具有低电平，以控制与储能元件相连的开关断开；和/或所述预设值为所述整流后电压的分压。依据本专利技术的再一个方面，提供了一种非易失性机器可读存储介质，包括一个或多个指令，其特征在于所述一个或多个指令响应于被执行而使得一个或多个处理模块执行如本专利技术以上方面所述的方法的一个或多个步骤。依据本专利技术的又一个方面，提供了一种控制装置，包括一个或多个处理模块；与所述一个或多个处理模块耦合的一个或多个存储模块，所述存储模块用于存储一个或多个指令，其中所述一个或多个指令响应于被执行而使得所述一个或多个处理模块执行如本专利技术以上方面所述的方法的一个或多个步骤。依据本专利技术的以上方面，由于通过控制单元对正极电压和负极电压的半周期或极值进行检测，并将检测的信号反馈给压电能量收集接口电路，所以每当正极电压VP和负极电压VN达到极值或每到正极电压或负极电压的半周期点时，可控制与储能元件相连的开关导通，并在相较于VP和VN的变化周期的一短暂时间段后控制所述开关断开，其中所述导通时间远小于正极电压或负极电压的变化周期，从而达到防止振荡，实现快速翻转，以提高能量收集效率的效果。此外，依据本专利技术的另一个实施例，还可控制压电能量收集接口电路的整流桥的选通和关断，所以可进行压电或振动能量收集，以达到降低能量损耗的效果。依据本专利技术的以上方面，可利用全集成电路来设计，以自主实现SSHI功能，无需额外的MCU来实现控制逻辑。附图说明图1示出依据本专利技术一个实施例的压电能量收集接口电路的示意图；图2示出依据本专利技术另一个实施例的压电能量收集接口电路的示意图；图3示出依据本专利技术又一个实施例的压电能量收集接口电路的示意图；图4示出依据本专利技术再一个实施例的压电能量收集接口电路的示意图；图5示出依据本专利技术一个实施例的压电能量收集接口电路的仿真波形的示意图；图6示出依据本专利技术的一个实施例对应于图5所示仿真波形的放大示意图；图7示出依据本专利技术另一个实施例的方法的示意流程图；图8示出依据本专利技术又一个实施例的方法的示意流程图；图9示出依据本专利技术的一个实施例的示例装置的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。虽然以下描述阐述可以例如在系统架构中示出的各个实现方式，但本文所描述的技术和/或布置的实现方式不限于特定系统架构和/或计算系统，并且可以通过用于相似目的的任何架构和/或计算系统得以实现。例如，采用例如一个多个集成电路芯片和/或封装的各种架构和/或各种计算设备和/或电子设备可以实现本文所描述的技术和/或布置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于压电能量收集的接口电路，其特征在于包括控制单元，用于产生一控制信号，所述控制信号用于每到压电元件的正极电压或负极电压变化的半周期点或极值处控制与所述压电元件的储能元件相连的开关导通，并控制所述开关在经过一导通时间后断开，以实现偏置翻转，并进行压电能量收集。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于压电能量收集的接口电路，其特征在于包括控制单元，用于产生一控制信号，所述控制信号用于每到压电元件的正极电压或负极电压变化的半周期点或极值处控制与所述压电元件的储能元件相连的开关导通，并控制所述开关在经过一导通时间后断开，以实现偏置翻转，并进行压电能量收集。
2.如权利要求1所述的接口电路，其特征在于所述控制单元还用于把所述导通时间设置为所述储能元件与所述压电元件的等效电容的谐振周期的一半；和/或通过检测所述正极电压或负极电压从所述极值上升或下降到一预设电压值时，断开所述开关。
3.如权利要求1或2所述的接口电路，其特征在于所述接口电路还包括具有第一到第四开关的开关电路，和/或所述第一到第四开关构成一整流桥，所述第一到第四开关中的一个或多个包括二极管或选择性开关管，和/或所述选择性开关管包括三极管、晶体管和/或金属氧化物半导体管；和/或所述控制单元还用于产生分别控制各个所述选择性开关管的控制信号。
4.如以上权利要求中任一项所述的接口电路，其特征在于在与所述储能元件相连的所述开关导通时，所述储能元件经由所述开关与所述压电元件和所述开关电路串联或并联，和/或所述储能元件包括电感；和/或所述正极电压或负极电压变化的半周期点和/或极值对应于所述压电元件形变到最大点处，和/或所述控制信号在每到压电元件的正极电压或负极电压变化的半周期点或极值处具有高电平，以使与所述储能元件相连的开关导通，和/或所述控制信号在所述半周期点后一段时间或所述正极电压或负极电压上升或下降到所述预设电压值时具有低电平，以断开与所述储能元件相连的开关；和/或所述预设值为经所述开关电路整流后的电压的分压。
5.一种方法，其特征在于包括检测一压电元件的正极电压和负极电压变化的半周期点或极值，和/或响应于检测到所述极值或半周期点时控制与压电元件的储能元件相连的开关的导通时间，以实现偏置翻转。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括在每经过所述正极电...
【专利技术属性】
技术研发人员：于玮玮，梁俊睿，
申请(专利权)人：华大半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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