專利名稱：一種壓電俘能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種俘能裝置，尤其是一種壓電俘能裝置。
背景技術(shù)：
隨著信息時(shí)代的到來(lái)，各類(lèi)微電子、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器和MEMS等低功耗產(chǎn)品得到了大力發(fā)展，目前它們主要的供能方式是電池，但是電池方式存在著諸多弊端，如電池壽命有限，需要定時(shí)更換，有時(shí)會(huì)受到環(huán)境的限制而造成更換電池困難 。環(huán)境存在豐富的低頻機(jī)械振動(dòng)能，如果能從周?chē)h(huán)境中收集能量，將能為微功耗電子產(chǎn)品提供可靠的電能供給。壓電式的振動(dòng)俘能方式因具有較高的功率密度，無(wú)需外界電源，不發(fā)熱、無(wú)電磁干擾、無(wú)污染和易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的小型化、集成化等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境振動(dòng)能量的收集。壓電俘能裝置具有輸出電壓高、電流小、內(nèi)阻大的特點(diǎn)。由于壓電器件本身機(jī)電I禹合系數(shù)一般較低，從而造成了壓電能量收集裝置的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的工作效率較低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供了一種壓電俘能裝置。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的采用如下技術(shù)方案一種壓電俘能裝置包括壓電雙晶片懸臂、整流電路、DC-DC調(diào)節(jié)電路、儲(chǔ)能元件；其中所述壓電雙晶片懸臂通過(guò)導(dǎo)線與整流電路的輸入端連接，整流電路的輸出端與DC-DC調(diào)節(jié)電路的輸入端連接，DC-DC調(diào)節(jié)電路的輸出端與儲(chǔ)能元件連接。所述壓電俘能裝置中，所述DC-DC調(diào)節(jié)電路包括直流變換器和脈沖觸發(fā)電路，脈沖觸發(fā)電路的輸出端與直流變換器中MOS管的門(mén)極連接；所述脈沖觸發(fā)電路包括比較器，第一電阻、第二電阻、第三電阻，第二電容，第一二極管、第二二極管，可調(diào)電阻，第一電阻的一端接直流電源，第一電阻的另一端、第二電阻的一端、第三電阻的一端分別與比較器的正輸入端連接，第二電阻的另一端接地，可調(diào)電阻的可調(diào)端與比較器的輸出端相連接，可調(diào)電阻的一端與第一二極管的陰極連接，可調(diào)電阻的另一端與第二二極管的陽(yáng)極連接，第一二極管的陽(yáng)極、第二二極管的陰極、第二電容的正極分別與比較器的負(fù)輸入端連接，第二電容的負(fù)極接地；所述直流變換器包括第一電容、第三二極管、電感、MOS管，第一電容的正極與MOS管的漏極連接，MOS管的源極與電感的一端以及第三二極管的陰極連接，第三二極管的陽(yáng)極與電感的另一端構(gòu)成直流變換器的輸出端。本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果提高了壓電俘能裝置的工作效率，增加了壓電俘能裝置的輸出功率。

圖I為壓電俘能裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明1為基座，2為彈性層，3和4為壓電層，5為質(zhì)量塊，6和7為導(dǎo)線，8為整流電路，9為DC-DC調(diào)節(jié)電路，10為儲(chǔ)能元件。圖2為DC-DC調(diào)節(jié)電路的電路圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明=R1為第一電阻、R2為第二電阻、R3為第三電阻，C1為第一電容，C2為第二電容，L為電感，D1為第一二極管、D2為第二二極管，D3為第三二極管，Rw為可調(diào)電阻，Rwl為可調(diào)電阻Rw的上半端，Rw2為可調(diào)電阻Rw的下半端。圖3為占空比D變化對(duì)Buck-boost變換器的平均輸入電阻的示意圖。圖4為Buck-boost變換器效率隨加速度變化的關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明 如圖I所示的壓電俘能裝置，包括壓電雙晶片懸臂、整流電路8、DC_DC調(diào)節(jié)電路9、儲(chǔ)能元件10以及導(dǎo)線6和7。壓電雙晶片有壓電層3、4和彈性層2。彈性層2超出壓電層的部分插入到基座I內(nèi)，稱為固定端，以便對(duì)懸臂梁進(jìn)行固定。與固定端相對(duì)應(yīng)的懸臂梁的另一端稱為自由端，在懸臂梁的自由端固定有質(zhì)量塊5。壓電層3、4和彈性層2通過(guò)504萬(wàn)能膠粘接在一起，為了不影響導(dǎo)電性，在粘接的時(shí)候，在不影響粘結(jié)強(qiáng)度的前提下，粘結(jié)層要做到越薄越好。在壓電層表面鍍有金屬電極，壓電俘能元件的輸出電能通過(guò)導(dǎo)線6、7引出。由于壓電俘能元件輸出電能為交流電，負(fù)載所需的為交流電，因此需要通過(guò)整流電路8將壓電俘能元件的輸出電能整定為直流電。DC-DC調(diào)節(jié)電路9用于實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電俘能元件的阻抗匹配。DC-DC調(diào)節(jié)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有Buck、boost、Flyback及Buck-boost等，但是Buck-boost相比其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓，能夠滿足不同負(fù)載的電壓需求，采用Buck-boost直流變換器的DC-DC調(diào)節(jié)電路如圖2所示，包括直流變換器和脈沖觸發(fā)電路，脈沖觸發(fā)電路的輸出端與直流變換器中MOS管的門(mén)極連接。Buck-boost變換器包括第一電容C1、第三二極管D3、電感L、MOS管，第一電容C1的正極與MOS管的漏極連接，MOS管的源極與電感L的一端以及第三二極管D3的陰極連接，第三二極管D3的陽(yáng)極與電感L的另一端構(gòu)成直流變換器的輸出端。當(dāng)Buck-boost變換器工作在不連續(xù)電流模式(Discontinuous Current Mode,DCM)時(shí)，其平均輸入電陽(yáng)為Rm=⑴由式⑴可知，Buck-boost變換器的平均輸入電阻只與Buck-boost變換器的電感L、MOSFET開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率fsw和及占空比D有關(guān)，而與輸入電壓及負(fù)載電阻等無(wú)關(guān)。因此，當(dāng)電感及開(kāi)關(guān)頻率確定后，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比D的大小就可實(shí)現(xiàn)對(duì)Buck-boost變換器平均輸入電阻的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)與壓電俘能元件的阻抗匹配。當(dāng)不考慮Buck-boost變換器的內(nèi)部損耗時(shí)，負(fù)載上獲得的有功功率為
V2 XD2 V2P0 = ^^=上=Pm(2)
2Lfsw Rm式中Vraet為Buck-boost變換器的輸入電壓。由式⑵可知，Buck-boost變換器的負(fù)載上的有功功率就等于Buck-boost變換器輸入端的有功功率,而與負(fù)載阻值的大小無(wú)關(guān)，，這說(shuō)明變換器對(duì)負(fù)載起到了隔離作用，消除了因負(fù)載阻值變化給壓電俘能元件的輸出功率帶來(lái)的影響，使壓電俘能元件的輸出功率能夠一直保持最大化。脈沖觸發(fā)電路包括比較器，第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3，第二電容C2,第一二極管D1、第二二極管D2，可調(diào)電阻Rw，第一電阻R1的一端接直流電源，第一電阻R1的另一端、第二電阻R2的一端、第三電阻R3的一端分別與比較器的正輸入端連接，第二電阻R2的另一端接地，可調(diào)電阻Rw的可調(diào)端與比較器的輸出端相連接，可調(diào)電阻Rw的上半端Rwl與第一二極管D1的陰極連接，可調(diào)電阻Rw的下半端Rw2與第二二極管D2的陽(yáng)極連接，第一二極管D1的陽(yáng)極、第二二極管D2的陰極及第二電容C2的正極分別與比較器的負(fù)輸入端連接，第二電容(2的負(fù)極接地。其中第二電容(2為可調(diào)電容。脈沖觸發(fā)電路用于實(shí)現(xiàn)控制開(kāi)關(guān)管MOSFET的導(dǎo)通與關(guān)斷，并控制占空比的大小。脈沖觸發(fā)電路輸出信號(hào)的頻率fsw和占空比D分別為
[002權(quán)利要求1.一種壓電俘能裝置，其特征在于包括壓電雙晶片懸臂、整流電路、DC-DC調(diào)節(jié)電路、儲(chǔ)能元件；其中所述壓電雙晶片懸臂通過(guò)導(dǎo)線與整流電路的輸入端連接，整流電路的輸出端與DC-DC調(diào)節(jié)電路的輸入端連接，DC-DC調(diào)節(jié)電路的輸出端與儲(chǔ)能元件連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓電俘能裝置，其特征在于所述DC-DC調(diào)節(jié)電路包括直流變換器和脈沖觸發(fā)電路，脈沖觸發(fā)電路的輸出端與直流變換器中MOS管的門(mén)極連接； 所述脈沖觸發(fā)電路包括比較器，第一電阻、第二電阻、第三電阻，第二電容，第一二極管、第二二極管，可調(diào)電阻，第一電阻的一端接直流電源，第一電阻的另一端、第二電阻的一端、第三電阻的一端分別與比較器的正輸入端連接，第二電阻的另一端接地，可調(diào)電阻的可調(diào)端與比較器的輸出端相連接，可調(diào)電阻的一端與第一二極管的陰極連接，可調(diào)電阻的另一端與第二二極管的陽(yáng)極連接，第一二極管的陽(yáng)極、第二二極管的陰極、第二電容的正極分別與比較器的負(fù)輸入端連接，第二電容的負(fù)極接地； 所述直流變換器包括第一電容、第三二極管、電感、MOS管，第一電容的正極與MOS管的漏極連接，MOS管的源極與電感的一端以及第三二極管的陰極連接，第三二極管的陽(yáng)極與電感的另一端構(gòu)成直流變換器的輸出端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種俘能裝置，尤其是一種壓電俘能裝置。所述壓電俘能裝置包括壓電雙晶片懸臂、整流電路、DC-DC調(diào)節(jié)電路、儲(chǔ)能元件以及導(dǎo)線，所述壓電雙晶片懸臂通過(guò)導(dǎo)線與整流電路的輸入端連接，整流電路的輸出端與DC-DC調(diào)節(jié)電路的輸入端連接，DC-DC調(diào)節(jié)電路的輸出端與儲(chǔ)能元件連接。通過(guò)調(diào)節(jié)DC-DC調(diào)節(jié)電路中MOS管的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流變換器平均輸入電阻的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)與壓電俘能元件的阻抗匹配，進(jìn)而提高壓電俘能裝置的輸出功率。
文檔編號(hào)H02N2/00GK202385029SQ201120553899
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者譚林林, 鄒玉煒, 黃學(xué)良 申請(qǐng)人:東南大學(xué)