[实用新型]一种无源压电式的能量获取电路

说明书

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种无源压电式的能量获取电路。 

背景技术

无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，无线传感器网络节点一般采用电池供电，并且大多数工作在野外环境或者人员不宜到达的地方，大大增加了电池更换的难度和成本。振动是一种广泛存在的现象，特别是在高速公路、机场、桥梁或有大型机械工作的多种场合中，而这些场合往往是无线传感器网络系统应用的重点领域，因此研究人员和系统设计人员正在研究如何发掘能量捕获的潜力--把周围环境中的振动能转化为可供传感器节点使用的电能。 

压电获能器产生的是交流电压，压电获能器产生的电流比较微弱且是瞬间和交替的，又因为压电获能器从环境中获得的电能并不能直接应用在微电子设备上，所以需要通过整流电路将压电振子输出的嘈杂电信号转为适合外部电子设备的电信号。现有的压电能量获取装置采用的多为桥式整流电路。桥式整流器利用二极管的单向导通性将四个二极管两两对接，输入交变波的正半部分时两只管导通，得到正的输出；输入交变波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到交变波的正半部分，从而达到将交流电转换为直流电的目的。桥式整流电路存在以下缺陷：（1）电源利用率低；（2）压电装置输出的电压脉动大，会减少储能装置的使用寿命；（3）二极管所承受的反向电压较大，使用过程中存在损坏的风险。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免传统的整流电路能源利用率低、输出电压不稳定、对元器件要求较高等不足，提供一种二极管与电感器相结合的无源电路，在储能元件的流程中加入电感器，压电装置充电时电感器还可以暂时存储压电装置散逸出来的能量，以进行二次充电，提高了能源利用率、输出电压的稳定性，延长了压电获能器的使用寿命，降低了电路成本和电路的复杂性，大大提高了压电获能装置的性能。 

一种无源压电式的能量获取电路，包括储能装置ESD和压电装置PD，储能装置ESD上设有正极和负极，压电装置PD上设有正向输出端口A和负向输出端口B，此外，还设有两个电感和六个二极管，依次为第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6； 

    压电装置PD的正向输出端口A与第二二极管D2的正极相连接，第二二极管D2的负极与第一电感L1的一端口相连接，第一电感L1的另一端口与储能装置ESD的正极相连接；

压电装置PD的负向输出端口B与第五二极管D5的正极相连接，第五二极管D5的负极与第六二极管D6的负极相连接；第五二极管D5负极与第六二极管D6负极之间的连接节点同储能装置ESD的正极之间串联有第二电感L2；

第二二极管D2的正极与压电装置PD的正向输出端口A之间的连接节点同第三二极管D3的负极相连接；第二二极管D2的负极与第一电感L1之间的连接节点同第一二极管D1的负极相连接；第五二极管D5的正极与压电装置PD的负向输出端口B之间的连接节点同第四二极管D4的负极相连接；第一二极管D1的正极、第三二极管D3的正极、第四二极管D4的正极和第六二极管D6的正极共同与储能装置ESD的负极相连接；

自储能装置ESD的正极引出一个负载正向端口子，自储能装置ESD的负极引出一个负载负向端口子。

使用时，压电装置PD在一个振动周期内所产生的交流电呈正弦波状； 

当压电装置PD处于前半个振动周期时，压电装置PD的正向输出端口A为正压状态，压电装置PD的负向输出端口B为负压状态；压电装置PD对第二二极管D2和第四二极管D4施加正向偏压，第二二极管D2和第四二极管D4导通；压电装置PD对第一二极管D1、第三二极管D3、第五二极管D5和第六二极管D6施加逆向偏压，第一二极管D1、第三二极管D3、第五二极管D5和第六二极管D6截至；通过第二二极管D2，自压电装置PD正向输出端口A流出的瞬时电流向第一电感L1和储能装置ESD充电；压电装置PD产生的电流依次经储能装置ESD的负极、第四二极管D4流回压电装置PD的负向输出端口B；