一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统的制作方法

文档序号:12750394阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统,包括相互连接的压电换能器和全桥整流电路,其特征在于还包括时序控制电路、最大功率点检测电路、Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器、Buck-Boost单向DC/DC变换器、第一开关(S1)和第二开关(S2),所述的时序控制电路分别与所述的第一开关(S1)、所述的第二开关(S2)、所述的最大功率点检测电路、所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器连接,所述的第一开关(S1)与所述的全桥整流电路连接,所述的第二开关(S2)分别与所述的全桥整流电路、所述的最大功率点检测电路连接,所述的最大功率点检测电路与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器连接,所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器与所述的全桥整流电路连接,所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器上连接有储能电容(Csto),所述的储能电容(Csto)与所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器连接,所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器的电压输出端分别与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器和负载连接,且所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器的电压输出端通过低压降稳压器LDO给所述的时序控制电路、所述的最大功率点检测电路和所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器提供工作电源。

2.如权利要求1所述的一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统,其特征在于:所述的全桥整流电路包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)和滤波电容(Crect),所述的第一二极管(D1)的正极和所述的第二二极管(D2)的负极相连后与所述的压电换能器相连接,所述的第一二极管(D1)的负极和所述的第三二极管(D3)的负极同时与所述的第一开关(S1)的第一接线端、所述的第二开关(S2)的第一接线端相连,所述的第三二极管(D3)的正极和所述的第四二极管(D4)的负极相连后与所述的压电换能器相连接,所述的第四二极管(D4)的正极和所述的第二二极管(D2)的正极接地,所述的滤波电容(Crect)的一端与所述的第一开关(S1)的第二接线端相连,所述的滤波电容(Crect)的另一端接地。

3.如权利要求1所述的一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统,其特征在于:所述的最大功率点检测电路包括第一运算放大器(U1)、第二运算放大器(U2)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第一电容(C1)和第一NMOS管(M1),所述的第一电阻(R1)的一端分别与所述的第五二极管(D5)的正极、所述的第一运算放大器(U1)的反相输入端相连接,所述的第一电阻(R1)的另一端分别与所述的第二运算放大器(U2)的反相输入端、输出端相连接,所述的第五二极管(D5)的负极、所述的第六二极管(D6)的正极分别与所述的第一运算放大器(U1)的输出端相连接,所述的第六二极管(D6)的负极、所述的第一电容(C1)的一端、所述的第二电阻(R2)的一端分别与所述的第二运算放大器(U2)的同相输入端相连接,所述的第二运算放大器(U2)的输出端与所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器相连接,所述的第一电容(C1)的另一端接地,所述的第二电阻(R2)的另一端与所述的第一NMOS管(M1)的漏极相连接,所述的第一NMOS管(M1)的源极接地,所述的第一NMOS管(M1)的栅极与所述的时序控制电路相连接,所述的第三电阻(R3)的一端、所述的第四电阻(R4)的一端分别与所述的第一运算放大器(U1)的同相输入端相连接,所述的第三电阻(R3)的另一端与所述的第二开关(S2)的第二接线端相连接,所述的第四电阻(R4)的另一端接地。

4.如权利要求3所述的一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统,其特征在于:所述的时序控制电路包括NE556双时基芯片、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)和反相器7404,所述的第五电阻(R5)的一端、所述的第七电阻(R7)的一端、所述的NE556双时基芯片的4脚、10脚、14脚分别与工作电源相连接,所述的第五电阻(R5)的另一端、所述的第六电阻(R6)的一段分别与所述的NE556双时基芯片的1脚相连接,所述的第六电阻(R6)的另一端与所述的第二电容(C2)的一端相连后与所述的NE556双时基芯片的2脚、6脚相连接,所述的第三电容(C3)的一端与所述的NE556双时基芯片的3脚相连接,所述的第二电容(C2)的另一端、所述的第三电容(C3)的另一端和所述的NE556双时基芯片的7脚均接地,所述的第七电阻(R7)的另一端与所述的第四电容(C4)的一端相连后与所述的NE556双时基芯片的12脚、13脚相连接,所述的第五电容(C5)的一端与所述的NE556双时基芯片的11脚相连接,所述的第四电容(C4)的另一端和所述的第五电容(C5)的另一端接地,所述的反相器7404的1脚分别与所述的NE556双时基芯片的9脚、所述的第二开关(S2)的第三接线端相连接,所述的反相器7404的2脚分别与所述的第一开关(S1)的第三接线端、所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器相连接,所述的反相器7404的3脚和所述的NE556双时基芯片的5脚均与所述的NE556双时基芯片的8脚相连接,所述的反相器7404的4脚与所述的第一NMOS管(M1)的栅极相连接。

5.如权利要求4所述的一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统,其特征在于:所述的Buck-Boost级联型双向DC/DC变换器包括第一驱动芯片IR2110(Z1)、第二驱动芯片IR2110(Z2)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第七二极管(D7)、第八二极管(D8)、第九二极管(D9)、第十二极管(D10)、第十一片内寄生二极管(D11)、第十二片内寄生二极管(D12)、第十三片内寄生二极管(D13)、第十四片内寄生二极管(D14)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、第十一电阻(R11)、第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第十四电阻(R14)、第十五电阻(R15)、第十六电阻(R16)、第十七电阻(R17)、第十八电阻(R18)、第十九电阻(R19)、第二十电阻(R20)、第二十一电阻(R21)、第二十二电阻(R22)、第二十三电阻(R23)、电感(L1)、第三运算放大器(U3)、第四运算放大器(U4)、第五运算放大器(U5)、第六运算放大器(U6)、第七运算放大器(U7)、第二NMOS管(M2)、第三NMOS管(M3)、第四NMOS管(M4)、第五NMOS管(M5)、与门7408、或门7432、反相器7404和锯齿波发生电路(U9),所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的9脚、所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的9脚分别与工作电源相连接,所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的3脚、所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的3脚分别与所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器的电压输出端相连接,所述的第七二极管(D7)的正极与所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的3脚相连接,所述的第七二极管(D7)的负极、所述的第六电容(C6)的一端与所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的6脚相连接,所述的第六电容(C6)的另一端与所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的5脚相连接,所述的第二NMOS管(M2)的漏极、所述的第十一片内寄生二极管(D11)的负极与所述的滤波电容(Crect)的一端相连接,所述的第十一片内寄生二极管(D11)的正极、所述的第二NMOS管(M2)的源极与所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的5脚相连接,所述的第二NMOS管(M2)的栅极与所述的第八电阻(R8)的一端相连接,所述的第八电阻(R8)的另一端与所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的7脚相连接,所述的第三NMOS管(M3)的漏极、所述的第十二片内寄生二极管(D12)的负极、所述的电感(L1)的一端与所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的5脚相连接,所述的第三NMOS管(M3)的源极、所述的第十二片内寄生二极管(D12)的正极接地,所述的第三NMOS管(M3)的栅极与所述的第十电阻(R10)的一端相连接,所述的第十电阻(R10)的另一端与所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的1脚相连接,所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的2脚、11脚、13脚接地,所述的第四NMOS管(M4)的漏极、所述的第十三片内寄生二极管(D13)的负极与所述的储能电容(Csto)的一端相连接,所述的储能电容(Csto)的另一端接地,所述的第四NMOS管(M4)的源极、所述的第十三片内寄生二极管(D13)的正极、所述的电感(L1)的另一端与所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的5脚相连接,所述的第四NMOS管(M4)的栅极与所述的第九电阻(R9)的一端相连接,所述的第九电阻(R9)的另一端与所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的7脚相连接,所述的第五NMOS管(M5)的漏极、所述的第十四片内寄生二极管(D14)的负极与所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的5脚相连接,所述的第五NMOS管(M5)的源极、所述的第十四片内寄生二极管(D14)的正极接地,所述的第五NMOS管(M5)的栅极与所述的第十一电阻(R11)的一端相连接,所述的第十一电阻(R11)的另一端与所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的1脚相连接,所述的第八二极管(D8)的正极与所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的3脚相连接,所述的第八二极管(D8)的负极、所述的第七电容(C7)的一端与所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的6脚相连接,所述的第七电容(C7)的另一端与所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的5脚相连接,所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的2脚、11脚、13脚接地,所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的12脚与所述的或门7432的3脚相连接,所述的或门7432的1脚、所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的10脚与所述的与门7408的3脚相连接,所述的或门7432的2脚、4脚与所述的反相器7404的6脚相连接,所述的或门7432的5脚、所述的第二驱动芯片IR2110(Z2)的10脚与所述的与门7408的6脚相连接,所述的或门7432的6脚与所述的第一驱动芯片IR2110(Z1)的12脚相连接,所述的与门7408的1脚与所述的第五运算放大器(U5)的输出端相连接,所述的与门7408的2脚、4脚、所述的反相器7404的5脚与所述的反相器7404的2脚相连接,所述的与门7408的5脚与所述的第六运算放大器(U6)的输出端相连接,所述的第五运算放大器(U5)的反相输入端、所述的第六运算放大器(U6)的反相输入端与所述的锯齿波发生电路(U9)的输出端(U90)相连接,所述的第五运算放大器(U5)的同相输入端、所述的第九二极管(D9)的负极与所述的第二十二电阻(R22)的一端相连接,所述的第二十二电阻(R22)的另一端接地,所述的第九二极管(D9)的正极、所述的第十二电阻(R12)的一端与所述的第三运算放大器(U3)的输出端相连接,所述的第十二电阻(R12)的另一端、所述的第十三电阻(R13)的一端与所述的第三运算放大器(U3)的反相输入端相连接,所述的第十三电阻(R13)的另一端与所述的第二运算放大器(U2)的输出端相连接,所述的第十六电阻(R16)的一端、所述的第十七电阻(R17)的一端与所述的第三运算放大器(U3)的同相输入端相连接,所述的第十六电阻(R16)的另一端与所述的第七运算放大器(U7)的输出端相连接,所述的第十七电阻(R17)的另一端接地,所述的第六运算放大器(U6)的同相输入端、所述的第十二极管(D10)的负极与所述的第二十三电阻(R23)的一端相连接,所述的第二十三电阻(R23)的另一端接地,所述的第十二极管(D10)的正极、所述的第十八电阻(R18)的一端与所述的第四运算放大器(U4)的输出端相连接,所述的第十八电阻(R18)的另一端、所述的第十九电阻(R19)的一端与所述的第四运算放大器(U4)的反相输入端相连接,所述的第二十电阻(R20)的一端、所述的第二十一电阻(R21)的一端与所述的第四运算放大器(U4)的同相输入端相连接,所述的第二十电阻(R20)的另一端与所述的第二运算放大器(U2)的输出端相连接,所述的第二十一电阻(R21)的另一端接地,所述的第十九电阻(R19)的另一端分别与所述的第七运算放大器(U7)的输出端、反相输入端相连接,所述的第十四电阻(R14)的一端、所述的第十五电阻(R15)的一端与所述的第七运算放大器(U7)的同相输入端相连接,所述的第十四电阻(R14)的另一端与所述的滤波电容(Crect)的另一端相连接,所述的第十五电阻(R15)的另一端接地。

6.如权利要求1所述的一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统,其特征在于:所述的Buck-Boost单向DC/DC变换器的输入电压为1~30V,输出电压为12V。

7.如权利要求1所述的一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统,其特征在于:所述的低压降稳压器LDO采用SPX5205芯片。

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