[发明专利]一种基于电感和电容多步翻转的压电能量收集接口电路

说明书

本发明公开了一种基于电感和电容多步翻转的压电能量收集接口电路，具有为所述压电能量收集接口电路供电的电流源偏置电路，包括源整流模块、自适应脉冲产生模块、开关信号控制模块、压电传感器与同步开关翻转阵列；电感和电容同步翻转实现了压电传感器内部寄生电容上电荷的高效转移，而多步翻转的效果能有效降低在翻转过程中的电感电流从而降低在寄生电阻上的能量损耗，大大提高了能量收集效率。并且，本发明可以适用于一定范围的压电传感器的寄生电容值和电感值，可以适用于市面上大多数压电传感器，具有较大的适用性，并且该电路具有自供电和冷启动的特点。

技术领域

本发明涉及集成电路的技术领域，其中涉及一种基于电感和电容多步翻转的压电能量收集接口电路。

背景技术

压电能量收集系统是机械学、电力学、材料学、集成电路设计等诸多学科的综合，其基本原理是通过压电材料的压电效应将机械能转化为电能并加以储存，经电源管理电路等处理后转化为相应的供电电压给一些低功耗的传感器节点供电。接口电路是介于压电传感器和电源管理电路之间的桥梁，它可以将压电传感器的交流输出通过整流电路转化为直流输出，从而给储能元件存储电能，在通过电源管理电路对输出直流电压进一步地调制稳压后再给无线传感器节点供电。

全桥整流电路是最常用的接口电路，其结构简单可靠性高，但其整流效率低限制了其从压电传感器中能量提取。如何最大效率地提取压电传感器的交流电能并将能量传递到储能元件上，是压电能量收集接口电路所亟需解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明旨在于提供一种基于电感和电容多步翻转的压电能量收集接口电路，通过电感和电容同步翻转实现了压电传感器内部寄生电容上电荷的高效转移，而多步翻转的效果能有效降低在翻转过程中的电感电流从而降低在寄生电阻上的能量损耗，大大提高了能量收集效率。并且，本发明可以适用于一定范围的压电传感器的寄生电容值和电感值，可以适用于市面上大多数压电传感器，具有较大的适用性，并且该电路具有自供电和冷启动的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于电感和电容多步翻转的压电能量收集接口电路，具有为所述压电能量收集接口电路供电的电流源偏置电路，包括源整流模块、自适应脉冲产生模块、开关信号控制模块、压电传感器与同步开关翻转阵列；所述压电传感器具有并联设置的寄生电阻和寄生电容；所述有源整流模块的输入端接在所述压电传感器的两端；所述自适应脉冲产生模块用于监测所述压电传感器的电流的过零点信号，并产生一个脉冲信号后通过其延时单元产生一系列的脉冲信号时序，所述脉冲信号再由所述开关信号控制模块经过逻辑运算得到各个开关的控制信号，所述同步开关翻转阵列由所述开关信号控制模块产生的各个开关控制信号进行开启和关闭的控制，进行电感和电容的同步翻转。

需要说明的是，所述有源整流模块由四个交叉耦合的MOS管、一个肖特基二极管和一个共栅比较器构成，所述肖特基二极管两端并联了一个PMOS管，所述PMOS管的衬底接所述肖特基二极管两端的最高电位，所述共栅比较器的输入端接在所述肖特基二极管的两端，其输出端接在所述PMOS管的栅极；当电流源过零点时，所述自适应脉冲产生模块接收所述共栅比较器输出的高电平信号从而关闭所述PMOS管而进行同步翻转的操作。

需要说明的是，所述自适应脉冲产生模块中收比较器，当接收所述高电平输出信号后，通过所述比较器判断电流源两端的电位的正负，经过D触发器和与非门的逻辑门进行运算得到信号，再经过多组RC延迟网络依次产生多组脉冲信号；所述脉冲信号将作为所述开关控制信号模块的输入信号。

需要说明的是，所述输入信号将由所述开关信号控制模块经或门和与门进行逻辑运算得到所有开关开启和关闭的时序信号。