压电能量收集装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种压电能量收集装置。该压电能量收集装置包括：受压产生交流电的压电片；将所述压电片产生的交流电转换为直流电的转换电路；将所述转换电路转换而成的直流电进行存储的储能电路；以及控制所述储能电路通断以为外接的负载进行供电的开关电路；其中，所述压电片连接所述转换电路，所述转换电路连接所述储能电路，所述储能电路连接所述开关电路。通过上述实施方式，该压电能量收集装置电路简单、成本低，电路损耗小、能量收集效率高，适用于实际使用。
【专利说明】
压电能量收集装置
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种压电能量收集装置。
【背景技术】
[0002]压电能量收集装置产生的电能是不可以直接给负载供电的，原因在于，其产生的电压和功率在不停的变化，而且是交流电；而且产生的功率很小(毫瓦甚至微瓦级)，不能带动负载。
[0003]解决该问题的最好的方法就是先储存起来，积累到一定程度后再给负载供电。标准的能量电路是将压电片外接整流桥和滤波电容，其基本原理是:通过整流桥将压电片产生的交流电转化为直流电然后经电容滤波后给负载供电。这种方法电路简单，在负载匹配时输出效率高，当时间常数RCr远大于压电梁的振动周期时，可以认为负载电压是连续的。然而，采用这种电路虽然可以测试压电片所能产生的能量，但不能产生稳定的直流电压和足够的电能给负载供电，因而还不适合实际应用。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型为解决上述技术问题提供一种压电能量收集装置，其电路简单、成本低，电路损耗小、能量收集效率高，适用于实际使用。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种压电能量收集装置，包括:受压产生交流电的压电片;将所述压电片产生的交流电转换为直流电的转换电路;将所述转换电路转换而成的直流电进行存储的储能电路；以及控制所述储能电路通断以为外接的负载进行供电的开关电路;其中，所述压电片连接所述转换电路，所述转换电路连接所述储能电路，所述储能电路连接所述开关电路。
[0006]进一步地，所述开关电路与所述负载之间连接有用于调节所述储能电路输出直流电的电压大小的电压调节电路。
[0007]进一步地，所述转换电路是桥式整流电路，所述桥式整流电路两输入端分别连接所述压电片，所述桥式整流电路两输出端分别连接所述储能电路两端。
[0008]进一步地，所述开关电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及电压比较器;所述第一电阻、所述第二电阻及所述第三电阻串联之后与所述储能电路并联，其中，所述第一电阻第一端连接所述桥式整流电路的第一输出端、第二端连接所述第二电阻第一端，所述第二电阻第二端连接所述第三电阻第一端，所述第三电阻第二端连接所述桥式整流电路的第二输出端;所述电压比较器的VDD端子连接所述第一电阻第一端，其LTHIN端子连接所述第二电阻第一端，其HTHIN端子连接所述第三电阻第一端，其GND端子接地，其LBO端子与所述电压调节电路连接。
[0009]进一步地，所述电压调节电路包括电压调节器、第四电阻以及第五电阻;所述电压调节器的VIN端子与所述电压比较器的LBO端子连接;所述电压调节器的GND端子和SHDN端子接地;所述电压调节器的SENSE端子连接所述第四电阻第一端、VSET端子连接所述第五电阻第一端，所述第四电阻第二端与所述第五电阻第一端连接，所述第五电阻第二端连接所述桥式整流电路的第二输出端;所述电压调节器的VOUT端子连接所述负载一端，所述负载另一端连接所述桥式整流电路的第二输出端。
[0010]进一步地，所述负载是发光二极管，所述发光二极管的正极连接所述电压调节器的VOUT端子、负极连接所述桥式整流电路的第二输出端。
[0011]进一步地，通过调节所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第三电阻的阻值可调整所述电压比较器的导通临界值和断开临界值，其中，当所述储能电路上的电压到达所述电压比较器的导通临界值时，所述电压比较器导通进而使所述储能电路放电，当所述储能电路上的电压低于所述电压比较器的断开临界值时，所述电压比较器断开进而使所述储能电路停止放电。
[0012]进一步地，通过调节所述第四电阻、所述第五电阻的阻值可调整所述电压调节器所输出直流电的电压。
[0013]进一步地，所述电压比较器的导通临界值和断开临界值分别为5V和3V，对应地，所述第一电阻的阻值为1.7ΜΩ，所述第二电阻的阻值为10kQ，所述第三电阻的阻值为300kΩ ;所述电压调节器所输出直流电的电压为3.3V，对应地，所述第四电阻的阻值为1.5ΜΩ，所述第五电阻的阻值为1ΜΩ。
[0014]进一步地，所述储能电路是电容，所述电容正极连接所述第一电阻第一端、负极连接所述第三电阻第二端。
[0015]本实用新型的压电能量收集装置，通过压电片受压产生交流电，转换电路将交流电转换为直流电并由储能电路进行存储，并设置开关电路来控制储能电路通断进而为负载供电，其结构简单、成本低，电路损耗小、能量收集效率高，适用于实际使用。
[0016]通过设置电压比较器，在储能电路上的电压达到导通临界值时，对负载进行，可有效减少过充和过放的问题，提高储能电路的使用寿命
[0017]另外，通过在开关电路与负载之间设置电压调节电路，可对提供给负载的电流的电压进行控制，并实现稳定输出。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型一实施方式压电能量收集装置的功能模块图。
[0019]图2是本实用新型另一实施方式压电能量收集装置的功能模块图。
[0020]图3是图2所示压电能量收集装置的电路图。
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合附图和实施方式对本实用新型进行详细说明。
[0022]参阅图1，本实用新型实施方式的压电能量收集装置，包括:
[0023]压电片I，用于受压产生交流电。
[0024]转换电路2，用于将压电片I产生的交流电转换为直流电。
[0025]储能电路3，用于将转换电路2转换而成的直流电进行存储。
[0026]开关电路4，用于控制储能电路3通断以为外接的负载5进行供电。
[0027]其中，压电片I连接转换电路2，转换电路2连接储能电路3，储能电路3连接开关电路4。
[0028]在一【具体实施方式】中，转换电路2是桥式整流电路，桥式整流电路两输入端分别连接压电片I的正负极，桥式整流电路两输出端分别连接储能电路3两端。
[0029]具体的，桥式整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3以及第四二极管D4。该第一二极管Dl的正极与第四二极管D4的负极连接，该第一二极管Dl的负极与第二二极管D2的负极连接，该第二二极管D2的正极与第三二极管D3的负极连接，该第三二极管D3的正极与第四二极管D4的正极连接。其中，第一二极管Dl与第四二极管D4之间设有桥式整流电路的第一输入端，第二二极管D2与第三二极管D3之间设有桥式整流电路的第二输入端;第一二极管Dl与第二二极管D2之间设有桥式整流电路的第一输出端，第三二极管D3与第四二极管D4之间设有桥式整流电路的第二输出端。
[0030]进一步地，开关电路4包括第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3以及电压比较器40。第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3串联之后与储能电路3并联。具体的，第一电阻Rl第一端连接桥式整流电路的第一输出端、第二端连接第二电阻R2第一端，第二电阻R2第二端连接第三电阻R3第一端，第三电阻R3第二端连接桥式整流电路的第二输出端；电压比较器40的VDD端子(电压输入端子)45连接第一电阻Rl第一端，其LTHIN端子(低临界值监控输入端子)43连接第二电阻R2第一端，其HTHIN端子(高临界值监控输入端子)41连接第三电阻R3第一端，其GND端子(接地端子)42接地，其LBO端子(低电压输出端子)44与其它电路连接用以在适当的场景输出直流电，如后文描述的当储能电路3—侧的电压达到电压比较器40的导通临界值Vhth时，该电压比较器40导通，可通过储能电路3输出直流电；在当储能电路3一侧的电压低于电压比较器40的断开临界值Vlth时，该电压比较器40断开，储能电路3停止放电，并通过压电片I继续为其充电。
[0031]在一【具体实施方式】中，开关电路4与负载5之间设置有电压调节电路6，其主要用于调节储能电路3输出直流电的大小。
[0032]具体而言，该电压调节电路6包括电压调节器60、第四电阻R4以及第五电阻R5。其中，电压调节器60的VIN端子(电压输入端子)68与电压比较器40的LBO端子44连接；电压调节器60的GND端子64和SHDN端子(低功耗保护端子)65接地；电压调节器60的SENSE端子(限流传感端子)61连接第四电阻R4第一端、VSET端子(输出电压设置端子)66连接第五电阻R5第一端，第四电阻R4第二端与第五电阻R5第一端连接，第五电阻R5第二端连接桥式整流电路的第二输出端；电压调节器60的VOUT端子(电压输出端子)62连接负载5—端，负载5另一端连接桥式整流电路的第二输出端；电压调节器60的LBIN端子(低电压监测输入端子)63和LBO端子67悬空。最终由电压调节器60对负载5进行供电，通过增设电压调节器60可以为负载5提供稳定、通用、合适的电压。
[0033]举例而言，该负载5可以是发光二极管。其中，该发光二极管的正极连接电压调节器60的VOUT端子62、负极连接桥式整流电路的第二输出端。
[0034]该第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3可以设置为可调电阻，通过调节第一电阻Rl、第二电阻R2以及第三电阻R3的阻值可调整电压比较器40的导通临界值Vhth和断开临界值VLTH，其中，当储能电路3上的电压到达电压比较器40的导通临界值Vhth时，电压比较器40导通进而可使储能电路3放电；当储能电路3上的电压低于电压比较器40的断开临界值Vlth时，电压比较器40断开进而可使储能电路3停止放电，并通过压电片I继续为该储能电路3充电，如此反复开关该电压比较器40进而实现储能电路3的充放电。通过设置电压比较器40，可有效减少过充和过放的问题，提高储能电路3的使用寿命。
[0035]其工作原理简要描述如下:
[0036](I)储能电路3上的电压到达电压比较器40的导通临界值Vhth时，电压比较器40导通，此时，储能电路3、电压比较器40、电压调节器60及负载5构成回路，储能电路3中存储的电能依次经电压比较器40、电压调节器60之后提供给负载5。
[0037](2)储能电路3上的电压低于电压比较器40的断开临界值Vlth时，电压比较器40断开，储能电路3、电压比较器40、电压调节器60及负载5所构成的回路在电压比较器40与电压调节器60之间断开，不能为负载5供电。此时，压电片1、桥式整流电路及储能电路3构成回路，通过压电片I继续缓慢地为储能电路3充电。
[0038]举例而言，根据实际使用情况，电压比较器40的导通临界值Vhth和断开临界值Vlth可以分别设置为5V和3V，对应地，第一电阻Rl的阻值为1.7ΜΩ，第二电阻R2的阻值为10kΩ，第三电阻R3的阻值为300kΩ。
[0039]该第四电阻R4、第五电阻R5也可以设置为可调电阻，通过调节第四电阻R4、第五电阻R5的阻值可调整电压调节器60所输出直流电的电压。其中，电压调节器60所输出直流电的电压为3.3V，对应地，第四电阻R4的阻值为1.5ΜΩ，第五电阻R5的阻值为1ΜΩ。
[0040]上述实施方式中，电压比较器40和电压调节器60均可采用低能耗电压比较器40，比如，该电压比较器40可采用MAX頂公司出品的MAX6433芯片，该电压调节器60也可采用MAX頂公司出品的MAX666芯片。这样，也可以减少电路损耗，提高手机效率。
[0041]另外，储能电路3可以采用电容Cs，该电容Cs的正极连接第一电阻Rl第一端、负极连接第三电阻R3第二端。
[0042]本实用新型的压电能量收集装置，通过压电片I受压产生交流电，转换电路2将交流电转换为直流电并由储能电路3进行存储，并设置开关电路4来控制储能电路3通断进而为负载5供电，其结构简单、成本低，电路损耗小、能量收集效率高，适用于实际使用。
[0043]其中，开关电路4中，通过设置电压比较器40，在储能电路3上的电压达到导通临界值时，对负载5进行，可有效减少过充和过放的问题，提高储能电路3的使用寿命
[0044]另外，通过在开关电路4与负载5之间设置电压调节电路6，可对提供给负载5的电流的电压进行控制，并实现稳定输出。
[0045]以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种压电能量收集装置，其特征在于，包括: 受压产生交流电的压电片； 将所述压电片产生的交流电转换为直流电的转换电路； 将所述转换电路转换而成的直流电进行存储的储能电路； 以及控制所述储能电路通断以为外接的负载进行供电的开关电路； 其中，所述压电片连接所述转换电路，所述转换电路连接所述储能电路，所述储能电路连接所述开关电路。2.根据权利要求1所述的压电能量收集装置，其特征在于: 所述开关电路与所述负载之间连接有用于调节所述储能电路输出直流电的电压大小的电压调节电路。3.根据权利要求2所述的压电能量收集装置，其特征在于: 所述转换电路是桥式整流电路，所述桥式整流电路两输入端分别连接所述压电片，桥式整流电路两输出端分别连接所述储能电路两端。4.根据权利要求3所述的压电能量收集装置，其特征在于: 所述开关电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及电压比较器； 所述第一电阻、所述第二电阻及所述第三电阻串联之后与所述储能电路并联，其中，所述第一电阻第一端连接所述桥式整流电路的第一输出端、第二端连接所述第二电阻第一端，所述第二电阻第二端连接所述第三电阻第一端，所述第三电阻第二端连接所述桥式整流电路的第二输出端； 所述电压比较器的VDD端子连接所述第一电阻第一端，其LTHIN端子连接所述第二电阻第一端，其HTHIN端子连接所述第三电阻第一端，其GND端子接地，其LBO端子与所述电压调节电路连接。5.根据权利要求4所述的压电能量收集装置，其特征在于: 所述电压调节电路包括电压调节器、第四电阻以及第五电阻； 所述电压调节器的VIN端子与所述电压比较器的LBO端子连接;所述电压调节器的GND端子和SHDN端子接地;所述电压调节器的SENSE端子连接所述第四电阻第一端、VSET端子连接所述第五电阻第一端，所述第四电阻第二端与所述第五电阻第一端连接，所述第五电阻第二端连接所述桥式整流电路的第二输出端;所述电压调节器的VOUT端子连接所述负载一端，所述负载另一端连接所述桥式整流电路的第二输出端。6.根据权利要求5所述的压电能量收集装置，其特征在于: 所述负载是发光二极管，所述发光二极管的正极连接所述电压调节器的VOUT端子、负极连接所述桥式整流电路的第二输出端。7.根据权利要求5所述的压电能量收集装置，其特征在于: 通过调节所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第三电阻的阻值可调整所述电压比较器的导通临界值和断开临界值，其中，当所述储能电路上的电压到达所述电压比较器的导通临界值时，所述电压比较器导通进而使所述储能电路放电，当所述储能电路上的电压低于所述电压比较器的断开临界值时，所述电压比较器断开进而使所述储能电路停止放电。8.根据权利要求7所述的压电能量收集装置，其特征在于: 通过调节所述第四电阻、所述第五电阻的阻值可调整所述电压调节器所输出直流电的电压。9.根据权利要求8所述的压电能量收集装置，其特征在于: 所述电压比较器的导通临界值和断开临界值分别为5V和3V，对应地，所述第一电阻的阻值为1.7ΜΩ，所述第二电阻的阻值为10kQ，所述第三电阻的阻值为300kQ ;所述电压调节器所输出直流电的电压为3.3V，对应地，所述第四电阻的阻值为1.5M Ω，所述第五电阻的阻值为IM Ω。10.根据权利要求4所述的压电能量收集装置，其特征在于: 所述储能电路是电容，所述电容正极连接所述第一电阻第一端、负极连接所述第三电阻第二端。
【文档编号】H02J7/32GK205489740SQ201620210796
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】魏胜
【申请人】深圳职业技术学院