[发明专利]一种集成的摩擦电纳米发电机能量采集方法

权利要求书

1.一种集成的摩擦电纳米发电机能量采集方法，其特征在于，包括：步骤1，建立摩擦电纳米发电机的等效电路模型；步骤2，改变负载电阻和电容，分析摩擦电纳米发电机搭载电源管理电路时输出功率的变化；步骤3，通过改变负载调节电路功率开关占空比与负载电阻大小，调节电路的输出功率。

2.根据权利要求1所述的集成的摩擦电纳米发电机能量采集方法，其特征在于，所述等效电路模型包括：

摩擦电纳米发电机的等效电路模型可以从其控制方程中给出，式中的C_TENG

V=-1CTENGQ+VOC]]>

和V_OC可以由等效电路模型中的两个电路元件表示，第一个是电容项，它来源于两个电极之间的电容，可以用电容(C_TENG)来表示。另一个是开路电压项，其来源于极化摩擦电荷的分离，并且可以由理想电压源(V_OC)表示。结合这两个元件，整个等效电路模型可以由理想电压源和电容器的串联连接来表示。

从该等效电路模型中，C_TENG和负载电阻间的阻抗匹配是固有的。摩擦电纳米发电机的固有电容会指出交流电压源V_OC的阻抗。任何会增加该固有电容的结构参数将降低该阻抗，从而降低匹配电阻。提高运动速度相当于增加交流电压源V_OC的频率，因此匹配的电阻也将降低。C_TENG的阻抗与摩擦电荷密度是相互独立的，匹配的负载电阻也不受摩擦电荷密度的影响。

3.根据权利要求1所述的集成的摩擦电纳米发电机能量采集方法，其特征在于，所述步骤2包括：

搭载电阻器的平行板接触式摩擦电纳米发电机，该摩擦电纳米发电机的顶板设置为如下所述的简谐谐振模式移动，结合摩擦电纳米发电机和电阻器的整

x=xmax2-xmax2cos(πvxmaxt)]]>

个系统的控制方程为：

RdQdt=V=-1CTENGQ+VOC=-d0+xϵ0wl+σxϵ0]]>

由于固有的电容特性，摩擦电纳米发电机只能提供不稳定的交流电压/电流输出。电源管理系统中包括二极管桥式整流器，所述二极管桥式整流器一端接滤波电容一端，所述二极管桥式整流器另一端接滤波电容另一端，所述负载电阻一端接滤波电容一端，所述负载电阻另一端接滤波电容另一端。

其输出的周期性电压信号是稳态输出信号，含有直流分量VDC和纹波分量，输出的直流分量取决于负载电阻，VDC几乎与滤波电容无关，当RL较小时，直流分量随着RL的增加而迅速增加。当RL足够大时，直流分量VDC达到饱和，存在最佳负载电阻，此时所传递的能量达到最大。输出的纹波系数由负载电阻和滤波电容的乘积决定，增加其中任何一个可以减小纹波因数，但是大电容将导致更长的过渡状态。

4.根据权利要求1所述的集成的摩擦电纳米发电机能量采集方法，其特征在于，所述步骤3包括：

所述集成摩擦电纳米发电机系统搭载负载调节电路，其关键在于，包括电压源、第一整流器、第一电容、第二电容、第一功率开关管、第二功率开关管、第一电感、第一电阻。

所述第一整流器输入一端接第一电容一端，所述第一电容另一端接电压源正极，所述第一整流器输入另一端接电压源负极，所述第一整流器输出正极接第一电容一端，所述第二电容一端接第一功率开关管漏极，所述第一功率开关管源极接第二功率开关管漏极，所述第二功率开关管漏极还接第一电感一端，所述第一电感另一端接第一电阻一端，所述第一电阻另一端接第二功率开关管源极，所述第二功率开关管源极还接第二电容另一端，所述第二电容另一端还接第一整流器输出负极。

所述电路采用的是平行板接触式摩擦电纳米发电机，固定不同的负载电阻，改变功率开关管的占空比，仿真结果得出，在固定的负载电阻下，改变功率开关管的占空比可以改变电路的输出功率，且可以找到输出能量最大的最佳电阻值。