風(fēng)致振動(dòng)壓電能量采集器的電源管理電路研究.pdf

1、風(fēng)能是自然界中廣泛存在的一種可再生清潔能源,將環(huán)境中的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的微能源在無(wú)線傳感、自治式微系統(tǒng)等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景,基于風(fēng)致振動(dòng)機(jī)理的壓電風(fēng)能采集器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度大、可微型化等諸多優(yōu)點(diǎn),近幾年受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。由于微型風(fēng)能采集器輸出的是交流電,并且平均輸出功率較低,研究低功耗的高效電源管理電路對(duì)推廣其應(yīng)用具有十分重要的意義。
　　基于懸臂梁壓電振動(dòng)能采集器集總參數(shù)模型,建立了包含充電電路在內(nèi)的懸臂梁壓電能量采集

2、器的理論模型,在此基礎(chǔ)上對(duì)常見的四種充電電路進(jìn)行了分析和仿真;針對(duì)微型風(fēng)致振動(dòng)壓電能量采集器的輸出特點(diǎn),設(shè)計(jì)了充電電路,完成了充電電路的調(diào)試。主要研究?jī)?nèi)容包括:
　?、俨殚單墨I(xiàn),分析總結(jié)了微型振動(dòng)能和風(fēng)能采集器及相應(yīng)的電源管理電路的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀;
　?、诨趹冶哿簤弘娬駝?dòng)能采集器的集總參數(shù)模型,建立了分別包含標(biāo)準(zhǔn)能量采集電路(SEH)、同步電荷提取電路(SCE)、并聯(lián)同步開關(guān)電感電路(P-SSHI)和串聯(lián)同步開關(guān)電感電路(

3、S-SSHI)的懸臂梁壓電振動(dòng)能采集器的模型,得到了功率的表達(dá)式,仿真結(jié)果表明,在激勵(lì)較大的理想情況下,基于同步開關(guān)的充電電路具有更好的性能;
　　③完成了風(fēng)致振動(dòng)壓電能量采集器充電電路的設(shè)計(jì)與仿真,通過(guò)對(duì)現(xiàn)有充電電路進(jìn)行優(yōu)化,增大了充電電路輸出功率。仿真結(jié)果表明,優(yōu)化電路的輸出功率提高約27.7％;
　　④完成了基于同步開關(guān)的充電電路的版圖設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)風(fēng)速為14.2m/s,同標(biāo)準(zhǔn)能量采集電路相比,本文的充電電路可