[发明专利]获取电能的装置以及具有这种装置的能量发生器

说明书

一种用于获取电能的装置(3)，其包括整流器(9)和控制装置(10)。所述整流器(9)包括第一充电电路和第二充电电路，所述第一充电电路用于从所述能量获取器(2)的正电压中获取能量，第二充电电路用于从所述能量获取器(2)的负电压中获取能量。所述充电电路具有共用的线圈(L)和共用的电子开关(13)。此外，每个所述充电电路具有电容器(C_p，C_n)和闭锁元件(D_p，D_n)。通过所述充电电路共同使用所述线圈(L)，所述装置(3)简单且紧凑地构造。此外基于所述单级的交流‑直流‑转换并且基于所述控制装置(10)的最大功率点跟踪功能高效地获取能量。

本专利申请请求德国专利申请DE 10 2018 201 925.8的优先权，其内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种获取电能的装置以及具有这种装置的能量发生器。

背景技术

能量获取是指从移动电气装置环境的电源中获取少量电能，例如从振动或运动中获取。相应的能量获取器(Energy Harvester)，例如压电发电机或电磁能量获取器，提供交变极性(交流电压)的低电压，从中获得尽可能高效的电能并且使之能够得到利用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种简单且紧凑的装置，其能够以有效且可靠的方式获取电能。该装置尤其应该能够从毫伏范围内的极低电压中进行电能的有效获取。

通过一种具有权利要求1特征的装置来实现该目的。整流器具有：第一充电电路，用于从能量获取器的施加到输入端子的正电压中获取能量；以及第二充电电路，用于从能量获取器的施加到输入端子的负电压中获取能量，所述电路具有共用线圈和共用电子开关。在施加正电压时，电子开关在第一开关状态下闭合，使得线圈由于施加的正电压和流过线圈的电流而存储能量。第一闭锁元件在第一开关状态下防止第一电容器充电。第一闭锁元件尤其设计为二极管。在随后的第二开关状态中，电子开关打开，使得第一电容器借助存储在线圈中的能量充电。第一闭锁元件允许在第二开关状态下充电电流从线圈流到第一电容器。在施加负电压时，电子开关在第一开关状态下闭合，使得线圈由于施加的负电压和流过线圈的电流而存储能量。第二闭锁元件在第一开关状态下防止第二电容器充电。第二闭锁元件尤其设计为二极管。在随后的第二开关状态中，电子开关打开，使得第二电容器借助存储在线圈中的能量充电。第二闭锁元件允许在第二开关状态下充电电流从线圈流到第二电容器。

由于整流器仅具有唯一一个线圈并且线圈在由充电电路施加正电压和施加负电压时是共用的，所以整流器简单并且紧凑地构造。装置的成本主要取决于由共用线圈所限定的磁体积。整流器具有恰好一个线圈，从而磁体积限于这唯一一个线圈的体积，进而使得装置的成本相对较低。此外所施加的交流电压(AC电压)在唯一一个步骤中转换为极性相同的电压或直流电压(DC电压)，进而使得电能有效且可靠地获取。输入端子并不直接与整流器的二极管连接，进而使得由能量获取器提供的极低电压也能够以简单有效的方式进行整流并且得以利用。整流器尤其构成为降压-升压转换器(Buck-Boost-Converter)。

电子开关由这些充电电路共用并以相应的方式使用。电子开关具有至少一个电子开关元件。该至少一个电子开关元件尤其构成为MOSFET，优选构成为自闭锁n沟道MOSFET。第一开关状态和随后的第二开关状态在时间周期T_S上延续。T_S＝1/f_S适用于时间周期T_S，其中f_S表示控制装置的开关频率。各个第一开关状态具有时间D·T_S，并且分别相关联的各个第二开关状态具有时间(1-D)·T_S，其中D表示占空比或占空因数(Duty cycle)。