[发明专利]双调谐高效压电能量采集管理电路

说明书

本发明提供一种双调谐高效压电能量采集管理电路，包括一主电路和一控制电路，所述主电路包括依次连接的一压电换能器、一上变频开关电路、一变压器、一整流电路、一匹配电容、一DC‑DC电路和一储能电容；所述控制电路包括一匹配开关控制电路和一开关控制电路；所述匹配开关控制电路连接所述上变频开关电路；所述开关控制电路连接所述DC‑DC电路。本发明的一种双调谐高效压电能量采集管理电路，通过控制开关的占空比，实现两级调谐匹配，换能器能够获得最大的功率输出和最高的效率，并将能量储存在大的电容或者可充电电池中，可为较大功率的无线节点供能。

技术领域

本发明涉及能量采集管理电路领域，尤其涉及一种双调谐高效压电能量采集管理电路。

背景技术

随着低功耗传感器、微电子、纳米技术的迅速发展，低功耗微型无线传感器网络已经被广泛应用于各种领域。无线传感器网络节点需要电池供电，但是在许多实际应用过程中，由于网络节点分布广泛，部分节点完全植入被测物体或者人体中，并且有些在危险(如高压和核辐射)环境应用，电池更换非常困难。而电池能量始终有限，为此，采用能量采集器将环境中的能量转换为电能，为电子装置供能。但是当采集自然环境能源时，能量源(如振动信号)是低频、随机变化的，压电换能器输出能量非常微弱，采用通常能量采集管理电路很难收集这样微弱的能量。目前尚缺乏一种与换能器匹配的低功耗能量采集管理电路来实现对换能器输出能量的高效转换与存储。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种双调谐高效压电能量采集管理电路，通过控制开关的占空比，实现两级调谐匹配，换能器能够获得最大的功率输出和最高的效率，并将能量储存在大的电容或者可充电电池中，可为较大功率的无线节点供能。

为了实现上述目的，本发明提供一种双调谐高效压电能量采集管理电路，包括一主电路和一控制电路，所述主电路包括依次连接的一压电换能器、一上变频开关电路、一变压器、一整流电路、一匹配电容、一DC-DC电路和一储能电容；所述控制电路包括一匹配开关控制电路和一开关控制电路；所述匹配开关控制电路连接所述上变频开关电路；所述开关控制电路连接所述DC-DC电路。

优选地，所述上变频开关电路包括：

一第一电压输出端，所述第一电压输出端连接所述压电换能器的输出端；

一第一二极管，所述第一二极管的负极连接所述压电换能器的输出端；

一第一模拟开关，所述第一模拟开关的一公用端和一电压输入端连接所述压电换能器的输出端；所述第一模拟开关的一ON端和所述第一模拟开关的逻辑地连接所述第一二极管的正极；

一第一控制信号输入端，所述第一控制信号输入端连接所述第一模拟开关的一IN端；

一第二二极管，所述第二二极管的正极连接所述第一二极管的正极，所述第二二极管的负极连接所述变压器的一原边的输入端，所述变压器的原边的一输出端连接所述压电换能器的输入端；

一第二模拟开关，所述第二模拟开关的一公用端和一电压输入端连接所述变压器的原边的输入端；所述第二模拟开关的一ON端和所述第二模拟开关的逻辑地连接所述第一二极管的正极；

一第一接地端，所述第一接地端连接所述第一模拟开关的逻辑地和所述第二模拟开关的逻辑地；

一第二控制信号输入端，所述第二控制信号输入端连接所述第二模拟开关的IN端；和

一第二电压输出端，所述第二电压输出端连接所述第二二极管的负极。

优选地，所述上变频开关电路包括：

一第一电压输出端，所述第一电压输出端连接所述压电换能器的输出端；

一第一二极管，所述第一二极管的负极连接所述压电换能器的输出端；