[发明专利]具有虚假峰值拒绝的峰值检测器

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及一种峰值检测器，尤其是一种用于交流/直流(AC/DC)转换器的峰值检测器，例如，电感器同步开关收集(SSHI)转换器。一些实施方式涉及一种用于将交流转换成直流的转换器。一些实施方式涉及一种用于在交流/直流转换器的电气输入电压中检测峰值的方法。一些实施方式涉及一种用于为交流/直流转换器的至少一个可控开关元件(通常是两个或多个可控开关元件)生成控制信号的方法。

背景技术

能量收集(也称为功率收集或能量提取)是为小型无线独立装置(例如，在可穿戴式电子产品和无线传感器网络中使用的装置)从外部来源(例如，太阳能、热能、风能、盐差能以及动能)中取得、捕获并且存储能量的过程。例如，压电式转换器用于从振动中收集电能。在文献中描述了不同的AC-DC转换器，以便整流AC电力并且提取最大量的能量。

包括用于压电发动机的AC-DC转换器的能量收集器的可能应用例如在公路桥(结构健康监测)或火车(追踪与追溯)等的应用中。与这些应用相关的振动的频率范围在2与20Hz之间，而平均加速度大约为0.1g。

在机械上激发压电材料时，将机械能量转换成电能。必须整流在其电气终端之间可利用的AC电力，以获得DC电力。控制电路允许开关比二极管桥式整流器提供更好的结果的非线性整流器技术(SSHI)的晶体管。

在压电元件处于开路时，由于I＝0，故其电压的导数及其位移的导数成比例。

I＝αdu/dt–C₀dv₁/dt，

其中，I是从压电元件中流出的电流，u是压电位移，v₁是压电电压，α是力因数，并且C₀是压电元件的电容(比较S.Priya和D.J.Inman的Energy Harvesting Technologies，Springer，第209-259页)。

存在两种SSHI技术：并联和串联。在图1中所示的串联SSHI电路中，电感器和开关串联在压电元件与二极管电桥和滤波电容器之间。在图2中所示的并联SSHI技术的情况下，开关和电感器与压电元件并联，然后，二极管电桥与滤波器连接。

串联SSHI转换器(图1A)始终保持在开路中，并且连接压电元件与电感器、二极管电桥以及负载的开关仅短时间关闭。对于该转换器，可以考虑在存在压电电压峰值时，还存在压电元件的峰值位移。通过这种方式，从压电元件中收集的功率最大。因此，电压峰值检测器电路是串联SSHI转换器的适当控制电路，以便尽可能增大所收集的功率。

对于并联SSHI转换器(图2A)，压电元件连续地连接至整流桥以及输出负载，该负载在位移的导数与压电元件的电压之间产生相移，因此，峰值电压检测器电路不能无误差地检测峰值位移。

电压峰值检测器电路是几个通常用于开关SSHI转换器的晶体管的所采用的控制电路中的一个。

通常采用二极管电桥和滤波电容器来整流由压电式转换器传递的AC电力。近年来，已经提出了使用通过开关连接至压电元件的电感器的AC-DC转换器。在达到压电电压峰值时，关闭开关。此时，连接压电元件和电感器，造成谐振效应和压电电压的快速反转。在压电电压反转之后，打开开关直到检测到新峰值。

通常用于SSHI电路的开关晶体管的控制电路将压电电压用作输入信号。这些控制电路采用用于生成栅极信号的峰值检测器和比较器。当压电电压达到峰值时，峰值检测器改变其极性，并且比较器提供用于开关晶体管正电压电平和负电压电平。