一种基于电感的同步开关翻转整流电路翻转电感复用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电感的同步开关翻转整流电路翻转电感复用方法，包括以下步骤：在已有的基于电感的同步开关翻转整流电路基础上，增设开关S1、S2、两个压电换能器作为压电换能电路，以及压电换能器选择电路；过零检测电路检测到翻转时刻后，输出两个连续且相同宽度的脉冲信号；当所述两个脉冲信号在压电换能器选择电路中经“非”处理后分别控制开关S1、S2来保证两个压电换能器在不同时刻接入电路；当所述两个脉冲信号在压电换能器选择电路中经“与”处理后输出接到开关驱动电路的输入端，并控制翻转电感电路中的开关S3的通断，实现电荷翻转。本发明专利技术在不大幅增加电路尺寸的基础上实现更高功率的压电能量收集前端电路的输出功率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电感的同步开关翻转整流电路翻转电感复用方法


[0001]本专利技术属于压电能量收集领域，尤其涉及一种基于电感的同步开关翻转整流电路翻转电感复用方法。

技术介绍

[0002]现代科技的发展，使得对于无源自供电传感器的需求日益增长，因此需要先进的技术手段从传感器所处的环境中收集能量；其中能量收集作为一种相当有前景的技术，可以从周围环境中收集能量为无线传感器节点、植入式设备或者移动便携设备供电；该技术可用于提高目标应用的电池寿命，或最终实现无电池应用。新型的能量收集技术利用热能、振动能、太阳能以及射频能作为能量源，但上述一些能量源存在一些缺陷，如太阳能在实际应用中并不能全天存在，并且受天气影响较大，热能有着类似的使用限制，射频能量随距离衰减剧烈；因此，可全天候存在并且具有高功率密度的振动能是应用于能量收集领域最多的一种能量形式。
[0003]虽然目前为止已经出现多种将压电能量转化为可供电源管理电路处理的直流能量的收集前端电路，但将电感用作储能元件，传递电荷的方式仍凭借其高电荷翻转效率，较简单的电路结构被广泛应用。但目前比较通用的压电能量收集电路多使用单个压电换能器，由于压电转换的规律，压电源内阻较大，单个压电源的输出功率往往较小。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种基于电感的同步开关翻转整流电路翻转电感复用方法，应用于低功耗能量收集电路设计中，为能量收集电路提供一个高输出功率，较小电路尺寸的直流输入源。
[0005]技术方案：本专利技术的基于电感的同步开关翻转整流电路翻转电感复用方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、在已有的基于电感的同步开关翻转整流电路基础上，增设开关S1、S2、压电换能器一PZT1、压电换能器二PZT2作为压电换能电路，以及压电换能器选择电路；其中，已有的基于电感的同步开关翻转整流电路包括过零检测电路、脉冲产生电路、开关驱动电路、电源管理电路、翻转电感L和储能电容C
S
。
[0007]步骤2：过零检测电路检测到翻转时刻后，输出两个连续且相同宽度的脉冲信号；
[0008]步骤3：当所述两个脉冲信号在压电换能器选择电路中经“非”处理后分别控制开关S1、S2来保证压电换能器一PZT1、压电换能器二PZT2在不同时刻接入电路；
[0009]步骤3：当所述两个脉冲信号在压电换能器选择电路中经“与”处理后输出接到开关驱动电路的输入端，并控制翻转电感电路中的开关S3的通断，实现电荷翻转。
[0010]进一步的，步骤1中，所述压电换能器选择电路设置在已有的基于电感的同步开关翻转整流电路的脉冲产生电路与开关驱动电路之间，脉冲产生电路的输出端与压电换能器选择电路的输入端相连，压电换能器选择电路的输出端与开关驱动电路的输入端相连。
[0011]进一步的，所述压电换能电路包括Va端和Vb端，所述Va端为两个压电换能器一端分别通过开关与能量收集前端电路其余部分相连并传输能量的一个端口；所述Vb端为两个压电换能器另一端分别通过开关与能量收集前端电路其余部分相连并传输能量的另一个端口；所述第一压电换能器的两端分别与两个开关S1连接，所述两个开关S1的另一端分别与Va端、Vb端相连；所述第二压电换能器的两端分别与两个开关S2连接，所述两个开关S2的另一端分别与Va端、Vb端相连。
[0012]进一步的，所述步骤3具体为：当Va与Vb之间的电压差达到最大时，Va或Vb其中一端电位过零点，过零检测电路的输出端产生一个上升沿信号SG，；上升沿信号SG经脉冲产生电路后产生两个相同延时的非交叠脉冲信号，所述脉冲信号经压电换能器选择电路后，输出信号通过开关驱动电路用来控制开关S1、S2与S3的通断；
[0013]进一步的，所述步骤4具体为：在压电换能器一PZT1选择信号有效时，通过开关驱动电路使开关S1闭合，开关S2断开，压电换能器一PZT1两端分别与Va、Vb相连，压电换能器二PZT2独立，第一个脉冲信号经开关驱动电路控制开关S3闭合半个LC振荡周期后断开，利用翻转电感L与压电换能器内部本征电容之间的LC谐振将压电换能器一PZT1两端的电荷进行翻转；在压电换能器二PZT2选择信号有效时，通过开关驱动电路使开关S2闭合，开关S1断开，压电换能器二PZT2两端分别与Va、Vb相连，压电换能器一PZT1独立，第二个脉冲信号经开关驱动电路控制开关S3闭合半个LC振荡周期后断开，利用翻转电感L与压电换能器内部本征电容之间的的LC谐振将压电换能器二PZT2两端的电荷进行翻转；翻转完成后开关S1，开关S2均闭合，电路进入能量传输阶段。
[0014]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
[0015](1)本专利技术提出了一种基于翻转电感复用技术的多压电源能量收集前端电路，通过增加相应数量的对控制电感进行电荷翻转的脉冲信号，实现多个压电换能器复用同一个电感进行电荷翻转，在不大幅增加电路尺寸的基础上实现更高功率的压电能量收集前端电路的输出功率。
[0016](2)由于片外电感尺寸较大，其数量的增加会造成电路系统尺寸过大，而复用后避免了这种情况。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的电路拓扑图；
[0018]图2为本专利技术的工作时序图；
[0019]图3为本专利技术的仿真结果与单压电换能器无翻转支路复用的仿真结果图；
[0020]图中有：压电换能器一(PZT1)、压电换能器二(PZT2)、过零检测电路(ZCD)、脉冲产生电路、压电换能器选择电路、开关驱动电路、电源管理电路、第一开关(S1)、第二开关(S2)、第三开关(S3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、翻转电感(L)、储能电容(C
S
)。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0022]在能量传输阶段，开关S1、S2闭合，开关S3断开，压电换能器一(PZT1)、压电换能器
二(PZT2)保持同相位接入电路，产生的能量经第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)构成的全桥结构整流后存储在储能电容(C
S
)；
[0023]储能电容(C
S
)上的电压经电源管理电路后输出稳定电源电压VDD给过零检测电路(ZCD)、脉冲产生电路、压电换能器选择电路、开关驱动电路等有源电路模块供电；
[0024]当Va与Vb之间的电压差达到最大时，Va或Vb其中一端电位过零点，过零检测电路(ZCD)的输出端产生一个上升沿信号SG，；上升沿信号SG经脉冲产生电路后产生两个相同延时的非交叠脉冲信号，所述脉冲信号经压电换能器选择电路后，输出信号通过开关驱动电路用来控制开关S1、S2与S3的通断；
[0025]在第一个压电换能器选择信号有效时，通过开关驱动电路使开关S1闭合，开关S2断开，压电换能器一(PZT1)两端分别与Va、Vb相连，压电换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电感的同步开关翻转整流电路翻转电感复用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在已有的基于电感的同步开关翻转整流电路基础上，增设开关S1、S2、压电换能器一PZT1、压电换能器二PZT2作为压电换能电路，以及压电换能器选择电路；步骤2：过零检测电路检测到翻转时刻后，输出两个连续且相同宽度的脉冲信号；步骤3：当所述两个脉冲信号在压电换能器选择电路中经“非”处理后分别控制开关S1、S2来保证压电换能器一PZT1、压电换能器二PZT2在不同时刻接入电路；步骤4：当所述两个脉冲信号在压电换能器选择电路中经“与”处理后输出接到开关驱动电路的输入端，并控制翻转电感电路中的开关S3的通断，实现电荷翻转。2.根据权利要求1所述的基于电感的同步开关翻转整流电路翻转电感复用方法，其特征在于，步骤1中，所述压电换能器选择电路设置在已有的基于电感的同步开关翻转整流电路的脉冲产生电路与开关驱动电路之间，脉冲产生电路的输出端与压电换能器选择电路的输入端相连，压电换能器选择电路的输出端与开关驱动电路的输入端相连。3.根据权利要求1所述的基于电感的同步开关翻转整流电路翻转电感复用方法，其特征在于，所述压电换能电路包括Va端和Vb端，所述Va端为两个压电换能器一端分别通过开关与能量收集前端电路其余部分相连并传输能量的一个端口；所述Vb端为两个压电换能器另一端分别通过开关与能量收集前端电路其余部分相连并传输能量的另一个端口；所述第一压电换能器的两端分别与两个开关S1连接，所述两个开关S1的另一端分别与Va端、Vb端相连；所述第二压电换能器的两端分别与两个开关S2连接，所述两个开关S2的另一端分别与Va端、Vb端相连。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢祖帅，张硕，王子轩，蔡志匡，郭静静，刘璐，郭宇锋，
申请(专利权)人：南京邮电大学南通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：