專利名稱：壓電發(fā)電充電系統(tǒng)以及應(yīng)用該系統(tǒng)的電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將壓電元件等壓電材料因外力變形時(shí)產(chǎn)生的電荷作為電能而取出的壓電發(fā)電充電系統(tǒng)以及應(yīng)用該系統(tǒng)的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著智能手機(jī)的普及，手機(jī)不在是通話的工具，越來(lái)越成為一種娛樂(lè)設(shè)備，更多的應(yīng)用，更高的速度都需要更多的電能，所以手機(jī)的電池成為手機(jī)的一個(gè)瓶頸技術(shù)，如何使智能手機(jī)具有更長(zhǎng)的使用時(shí)間，或者能即時(shí)方便的補(bǔ)充電量是如今手機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，本技術(shù)就是基于此需求而設(shè)計(jì)的具有實(shí)時(shí)補(bǔ)充手機(jī)電能的系統(tǒng)。充電器是一種將交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電的設(shè)備。充電器在各個(gè)領(lǐng)域用途廣泛，特別是在生活領(lǐng)域被廣泛用于手機(jī)、相機(jī)、PAD等常見(jiàn)電子設(shè)備，主要通過(guò)電池存儲(chǔ)能量，提供人們便攜式使用，其中尤以手機(jī)應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的充電器是采用電力電子半導(dǎo)體器件，將電壓和頻率固定不變的市電交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置。雖然充電器所需的供電功耗較少，但是長(zhǎng)時(shí)間采用市電作為供電電源，仍然是一筆不小的開(kāi)銷。我們都知道壓電無(wú)處不在，壓力也是一種能量。如果能把這些我們無(wú)意識(shí)間略掉的能量收集起來(lái)轉(zhuǎn)換成電能的形式加以利用，是對(duì)人類社會(huì)日益匱乏的能源將是一個(gè)補(bǔ)充。如果對(duì)壓電材料施加壓力，它便會(huì)產(chǎn)生電位差(稱之為正壓電效應(yīng))，反之施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力(稱之為逆壓電效應(yīng))。壓電陶瓷具有機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換的功能，壓電陶瓷發(fā)電裝置的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)污染、能量密度大、易于加工等。壓電陶瓷換能器通過(guò)一定的工藝加工可以制成各種電子設(shè)備的供電能源，能夠使電子設(shè)備適應(yīng)環(huán)境進(jìn)行自供電，提高設(shè)備的免維護(hù)性。而本發(fā)明就是應(yīng)用手機(jī)現(xiàn)有的壓電振動(dòng)器，附加一定的功能模塊，實(shí)現(xiàn)把這些人類的機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種將壓電元件等壓電材料因外力變形時(shí)產(chǎn)生的電荷作為電能而取出的壓電發(fā)電充電系統(tǒng)以及應(yīng)用該系統(tǒng)的電子設(shè)備。—種壓電發(fā)電充電系統(tǒng)，其包括振動(dòng)模式和充電模式兩種工作模式，該系統(tǒng)包括:壓電振動(dòng)器，其用于在振動(dòng)模式時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，在充電模式時(shí)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；驅(qū)動(dòng)模塊，其用于在振動(dòng)模式時(shí)驅(qū)動(dòng)壓電振動(dòng)器振動(dòng)；開(kāi)關(guān)選擇模塊，其用于控制所述壓電發(fā)電系統(tǒng)選擇振動(dòng)模式還是充電模式；整流處理模塊，其用于在充電模式時(shí)對(duì)壓電振動(dòng)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行整流和濾波處理；充電控制模塊，其用于選擇充電方式、實(shí)現(xiàn)通路的通斷選擇以及對(duì)壓電振動(dòng)器產(chǎn)生的電壓進(jìn)行調(diào)整。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括升壓模塊、放大倍數(shù)控制模塊和放大驅(qū)動(dòng)模塊，所述升壓模塊用于將供電電壓升到壓電振動(dòng)器產(chǎn)生振動(dòng)所需要的電壓，所述放大倍數(shù)控制模塊用于對(duì)輸入給壓電振動(dòng)器的輸入信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述放大驅(qū)動(dòng)模塊用于把經(jīng)過(guò)幅度控制的輸入信號(hào)進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)能驅(qū)動(dòng)壓電振動(dòng)器振動(dòng)的電壓和功率要求。
優(yōu)選的，所述輸入信號(hào)包括模擬和數(shù)字兩種模式。優(yōu)選的，所述開(kāi)關(guān)選擇模塊包括通信控制模塊、控制電平鎖存模塊、電平驅(qū)動(dòng)模塊和開(kāi)關(guān)模塊，所述通信控制模塊用于接收控制命令并把控制命令轉(zhuǎn)化為開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，所述控制電平鎖存模塊用于鎖存通信控制模塊的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)并使開(kāi)關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行保持而無(wú)需通信控制模塊持續(xù)觸發(fā)，所述電平驅(qū)動(dòng)模塊用于把開(kāi)關(guān)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為能滿足驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)模塊的電平信號(hào)，所述開(kāi)關(guān)模塊用于根據(jù)控制命令以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的通斷。優(yōu)選的，所述整流處理模塊包括整流橋和電容器，所述整流橋用于把壓電振動(dòng)器產(chǎn)生的交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)，所述電容器用于濾波和臨時(shí)儲(chǔ)能。優(yōu)選的，所述充電控制模塊包括通路選擇模塊、控制模塊和電平調(diào)節(jié)模塊，所述控制模塊用于控制充電方法，所述通路選擇模塊用于實(shí)現(xiàn)通路的通斷選擇，所述電平調(diào)節(jié)模塊用于對(duì)壓電振動(dòng)器產(chǎn)生的電壓進(jìn)行調(diào)整從而使充電電壓維持在一定的范圍內(nèi)?！N電子設(shè)備,所述電子設(shè)備設(shè)有上述壓電發(fā)電充電系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明利用壓電振動(dòng)器的正反向特性，實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)備的振動(dòng)模式和充電模式的結(jié)合，并且充分利用人體和外界環(huán)境中的機(jī)械能，使之成為了電子設(shè)備的重要能量來(lái)源，并能實(shí)時(shí)對(duì)電子設(shè)備的供電電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，可以作為重要的急救電能來(lái)源。



圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的的壓電發(fā)電充電系統(tǒng)原理框圖；圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)模塊原理圖；圖3是本發(fā)明一實(shí)施方式的開(kāi)關(guān)選擇模塊原理框圖；圖4是機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的典型電壓波形圖；圖5是本發(fā)明一實(shí)施方式的整流處理模塊的原理框圖；圖6是本發(fā)明一實(shí)施方式的充電控制模塊框圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明提供一種壓電發(fā)電充電系統(tǒng)，其包括振動(dòng)模式和充電模式兩種工作模式，如圖1所示，為該系統(tǒng)的原理框圖，當(dāng)該系統(tǒng)處于振動(dòng)模式時(shí)，控制系統(tǒng)輸出振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊把振動(dòng)信號(hào)放大，再通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇模塊選擇的振動(dòng)通路把經(jīng)過(guò)放大后的振動(dòng)信號(hào)傳輸給壓電振動(dòng)器從而產(chǎn)生振動(dòng)，給使用者振動(dòng)的反饋，這種工作模式主要應(yīng)用于鈴聲提醒振動(dòng)、屏幕觸覺(jué)反饋振動(dòng)等領(lǐng)域；當(dāng)該系統(tǒng)處于充電模式時(shí)，控制系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇模塊把工作模式開(kāi)關(guān)選擇為充電通路，壓電振動(dòng)器振動(dòng)產(chǎn)生的電荷通過(guò)充電通路輸入給整流處理模塊，經(jīng)過(guò)整流處理的信號(hào)被充電控制模塊補(bǔ)充回電池，實(shí)現(xiàn)了電量的補(bǔ)充。下面以將本發(fā)明提供的壓電發(fā)電充電系統(tǒng)應(yīng)用于手機(jī)中的實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，該實(shí)施方法僅僅用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體應(yīng)用方式，以便本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能清楚本發(fā)明的技術(shù)方案和原理，但是不用來(lái)限制本發(fā)明的權(quán)利要求范圍。所述壓電發(fā)電充電系統(tǒng)包括:壓電振動(dòng)器，所述壓電振動(dòng)器包含有能量轉(zhuǎn)換的重要元件壓電片，其用于在振動(dòng)模式時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，在充電模式時(shí)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。驅(qū)動(dòng)模塊，其用于在振動(dòng)模式時(shí)驅(qū)動(dòng)壓電振動(dòng)器振動(dòng)。因?yàn)閴弘娬駝?dòng)器內(nèi)的壓電片在振動(dòng)模式時(shí)需要一個(gè)較高的壓電場(chǎng)，例如，手機(jī)電池的供電電源一般為3.7v,所以適合本發(fā)明的較佳壓電振動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)模塊原理圖如圖2所示，其主要包括升壓模塊、放大倍數(shù)控制模塊和放大驅(qū)動(dòng)模塊三個(gè)模塊。所述升壓模塊用于將手機(jī)電池的供電電壓升壓到能驅(qū)動(dòng)壓電振動(dòng)器內(nèi)壓電片振動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)電壓，所述放大倍數(shù)控制模塊主要用于對(duì)輸入給壓電振動(dòng)器的輸入信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)以便使壓電片的振動(dòng)幅度具有更多的選擇，所述放大驅(qū)動(dòng)模塊用于把經(jīng)過(guò)幅度控制的輸入信號(hào)進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)能驅(qū)動(dòng)壓電振動(dòng)器振動(dòng)的電壓和功率要求。所述驅(qū)動(dòng)模塊中的輸入信號(hào)可以為模擬和數(shù)字兩種模式。開(kāi)關(guān)選擇模塊，其用于控制所述壓電發(fā)電系統(tǒng)選擇振動(dòng)模式還是充電模式。適合本發(fā)明的較佳實(shí)施例的典型開(kāi)關(guān)選擇模塊原理框圖如圖3所示，所述開(kāi)關(guān)選擇模塊包括通信控制模塊、控制電平鎖存模塊、電平驅(qū)動(dòng)模塊和開(kāi)關(guān)模塊。其中通信控制模塊用于接收手機(jī)CPU發(fā)出的控制命令并把控制命令轉(zhuǎn)化為開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，所述控制電平鎖存模塊用于鎖存通信控制模塊的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)并使開(kāi)關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行保持而無(wú)需通信控制模塊持續(xù)觸發(fā)，所述電平驅(qū)動(dòng)模塊用于把開(kāi)關(guān)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為能滿足驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)模塊的電平信號(hào)，所述開(kāi)關(guān)模塊用于根據(jù)控制命令以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的通斷。整流處理模塊，其用于在充電模式時(shí)對(duì)壓電振動(dòng)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行整流和濾波處理。典型的機(jī)械振動(dòng)所引起壓電轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)波形如圖4所示，是典型的交流信號(hào)，而手機(jī)電池為直流，所以需要對(duì)壓電振動(dòng)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行整流和濾波處理。本實(shí)施方式中，整流處理模塊的典型原理框圖如圖5所示，其包括整流橋和電容器兩部分，整流橋用于把交流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘?hào)，電容器用于濾波和臨時(shí)儲(chǔ)能。充電控制模塊，其用于選擇充電方式、實(shí)現(xiàn)通路的通斷選擇以及對(duì)壓電振動(dòng)器產(chǎn)生的電壓進(jìn)行調(diào)整。手機(jī)的充電一般包括適配器、USB兩種模式，而本發(fā)明添加了一個(gè)充電模式，本發(fā)明的典型充電控制模塊框圖如圖6所示，所述充電控制模塊包括通路選擇模塊、控制模塊和電平調(diào)節(jié)模塊，所述通路選擇模塊用于實(shí)現(xiàn)通路的通斷選擇，所述控制模塊用于控制充電方法，所述電平調(diào)節(jié)模塊用于對(duì)壓電振動(dòng)器產(chǎn)生的電壓進(jìn)行調(diào)整從而使充電電壓維持在一定的范圍內(nèi)以使電壓滿足手機(jī)電池的最佳充電電壓。本發(fā)明充分利用人體和外界環(huán)境中的機(jī)械能，使之成為了手機(jī)等電子設(shè)備的重要能量來(lái)源，并能實(shí)時(shí)對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行能量補(bǔ)充，在手機(jī)等電子設(shè)備電池成為了一個(gè)瓶頸的當(dāng)前，是一個(gè)非常有用的電能補(bǔ)充方式，甚至在一些戶外特殊惡劣環(huán)境下，可以作為重要的手機(jī)急救電能來(lái)源，不但實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)模式和充電模式的結(jié)合，而且節(jié)約了元器件的制作成本。充分利用了壓電材料的正逆壓電效應(yīng)，可使一個(gè)器件(壓電振動(dòng)器)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)功能，極大的節(jié)約了成本，也未較大改變現(xiàn)有手機(jī)等電子設(shè)備的系統(tǒng)，容易實(shí)現(xiàn)。以上所述的僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，在此應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出改進(jìn)，但這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種壓電發(fā)電充電系統(tǒng)，其包括振動(dòng)模式和充電模式兩種工作模式，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 壓電振動(dòng)器，其用于在振動(dòng)模式時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，在充電模式時(shí)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能； 驅(qū)動(dòng)模塊，其用于在振動(dòng)模式時(shí)驅(qū)動(dòng)壓電振動(dòng)器振動(dòng)； 開(kāi)關(guān)選擇模塊，其用于控制所述壓電發(fā)電系統(tǒng)選擇振動(dòng)模式還是充電模式； 整流處理模塊，其用于在充電模式時(shí)對(duì)壓電振動(dòng)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行整流和濾波處理； 充電控制模塊，其用于選擇充電方式、實(shí)現(xiàn)通路的通斷選擇以及對(duì)壓電振動(dòng)器產(chǎn)生的電壓進(jìn)行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電發(fā)電充電系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)模塊包括升壓模塊、放大倍數(shù)控制模塊和放大驅(qū)動(dòng)模塊，所述升壓模塊用于將供電電壓升到壓電振動(dòng)器產(chǎn)生振動(dòng)所需要的電壓，所述放大倍數(shù)控制模塊用于對(duì)輸入給壓電振動(dòng)器的輸入信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述放大驅(qū)動(dòng)模塊用于把經(jīng)過(guò)幅度控制的輸入信號(hào)進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)能驅(qū)動(dòng)壓電振動(dòng)器振動(dòng)的電壓和功率要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電發(fā)電充電系統(tǒng)，其特征在于:所述輸入信號(hào)包括模擬和數(shù)字兩種模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電發(fā)電充電系統(tǒng)，其特征在于:所述開(kāi)關(guān)選擇模塊包括通信控制模塊、控制電平鎖存模塊、電平驅(qū)動(dòng)模塊和開(kāi)關(guān)模塊，所述通信控制模塊用于接收控制命令并把控制命令轉(zhuǎn)化為開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，所述控制電平鎖存模塊用于鎖存通信控制模塊的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)并使開(kāi)關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行保持而無(wú)需通信控制模塊持續(xù)觸發(fā)，所述電平驅(qū)動(dòng)模塊用于把開(kāi)關(guān)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為能滿足驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)模塊的電平信號(hào)，所述開(kāi)關(guān)模塊用于根據(jù)控制命令以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的通斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電發(fā)電充電系統(tǒng)，其特征在于:所述整流處理模塊包括整流橋和電容器，所述整流橋用于把壓電振動(dòng)器產(chǎn)生的交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)，所述電容器用于濾波和臨時(shí)儲(chǔ)能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電發(fā)電充電系統(tǒng)，其特征在于:所述充電控制模塊包括通路選擇模塊、控制模塊和電平調(diào)節(jié)模塊，所述控制模塊用于控制充電方法，所述通路選擇模塊用于實(shí)現(xiàn)通路的通斷選擇，所述電平調(diào)節(jié)模塊用于對(duì)壓電振動(dòng)器產(chǎn)生的電壓進(jìn)行調(diào)整從而使充電電壓維持在一定的范圍內(nèi)。
7.一種電子設(shè)備，其特征在于，所述電子設(shè)備設(shè)有如權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的壓電發(fā)電充電系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種壓電發(fā)電充電系統(tǒng)，其包括振動(dòng)模式和充電模式兩種工作模式，該系統(tǒng)包括壓電振動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)模塊、開(kāi)關(guān)選擇模塊、整流處理模塊以及充電控制模塊。本發(fā)明充分利用人體和外界環(huán)境中的機(jī)械能，使之成為了電子設(shè)備的重要能量來(lái)源，并能實(shí)時(shí)對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行能量補(bǔ)充，在電池成為了一個(gè)瓶頸的當(dāng)前，是一個(gè)非常有用的電子設(shè)備電能補(bǔ)充方式，甚至在一些戶外特殊惡劣環(huán)境下，可以作為重要的急救電能來(lái)源。
文檔編號(hào)H02J7/32GK103199603SQ20131009158
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者張麗宏, 束曉芳 申請(qǐng)人:瑞聲科技(南京)有限公司