一种自适应型路面能量收集装置的制作方法

本实用新型属于新能源收集转化技术领域，尤其涉及一种自适应型路面能量收集装置。

背景技术：

在汽车运动过程中，汽车会对路面产生压力与振动，利用压电效应可以使这种压力与振动产生电能，转化后的电能可以储存起来为各种电子设备使用，对促进绿色能源有很大意义。然而在道路上运行的车辆重量不一，小汽车只有1吨到2吨，大货车可达20吨到30吨，有的超载货车最高达100多吨，这加速破坏了路面的同时也使压电换能器产生高电压，从而导致能量收集电路无法收集这些能量。因此研究一种既可以收集小汽车通行下压电换能器产生的低电压，也可以收集大货车通行下产生的高电压的路面能量收集装置具有十分重要的现实意义。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于，提供一种自适应型路面能量收集装置，该能量收集装置输入范围广，且结构简单实用。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种自适应型能量收集装置，包括压电换能器，压电换能器埋设在道路下方，所述压电换能器连接第一整流电路和降压变压器，第一整流电路连接开关电路，降压变压器连接第二整流电路，开关电路和第二整流电路均连接能量收集电路；压电换能器产生电压，开关电路根据压电换能器产生的电压大小导通或者断开；当开关电路导通时，压电换能器产生的电压经由第一整流电路和开关电路输送到能量收集电路，当开关电路断开时，压电换能器产生的电压经由降压变压器和整流电路输送到能量收集电路。

具体地，所述开关电路包括稳压管、第一PMOS管、第二PMOS管和NMOS管，其中，稳压管的输出端连接第二PMOS管的源极，第二PMOS管的漏极连接NMOS管的栅极，NMOS管的源极接公共地，NMOS管的漏极连接第一PMOS管的栅极。

具体地，所述第一整流电路和第二整流电路均采用全桥整流器，所述能量收集电路采用LTC3105芯片。

具体地，所述压电换能器的两端分别连接所述第一整流电路的两个输入端AC，所述压电换能器的两端还连接所述降压变压器的输入端；所述第一整流电路的输出正端连接第一PMOS管的源极、第二PMOS管的栅极和稳压管的输入端；稳压管的公共端接公共地；所述第一整流电路的输出负端接公共地；

所述降压变压器的两个输出端分别连接所述第二整流电路的两个输入端AC；

所述能量收集电路的输入端VIN连接第一PMOS管的漏极和所述第二整流电路的输出正端；所述能量收集电路的功率点控端MPPC和负端GND接公共地；

所述能量收集电路的输出端VOUT连接电容C1，电容C1接公共地；所述能量收集电路的线性稳压输出端LDO连接负载的一端，负载的另一端接公共地。

具体地，所述压电转化器采用PZT型压电片。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：本实用新型通过设置自适应型开关电路，克服了以往高低电压无法兼顾收集的问题，使得路面能量收集装置既可以通过降压变压器收集大货车经过时压电换能器产生的高电压，也可以收集小汽车产生的低电压，极大提高了能量收集效率。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是本实用新型的电路图；

图中各个标号含义：1—压电换能器，2—第一整流电路，3—降压变压器，4—第二整流电路，5—开关电路，501—第一PMOS管，502—第二PMOS管，503—NMOS管，504—稳压管，6—能量收集电路,7—负载。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的方案做进一步详细地解释和说明。

具体实施方式

参见图1和图2，本实用新型的自适应型能量收集装置，包括压电换能器1，压电换能器1埋设在道路下方，所述压电换能器1连接第一整流电路2和降压变压器3，第一整流电路2连接开关电路5，降压变压器3连接第二整流电路4，开关电路5和第二整流电路4均连接能量收集电路6；压电换能器1产生电压，开关电路5根据压电换能器1产生的电压大小导通或者断开；当开关电路5导通时，压电换能器1产生的电压经由第一整流电路2和开关电路5输送到能量收集电路6，当开关电路5断开时，压电换能器1产生的电压经由降压变压器3和第二整流电路4输送到能量收集电路6。

当车辆经过道路时，对道路产生激励，压电换能器1将激励转换成交流电；当压电换能器1产生的交流电的电压较小时，开关电路5导通，压电换能器1产生的电压经由第一整流电路2和开关电路5输送到能量收集电路6；当电压较大时，开关电路5断开，压电换能,1产生的电压经由降压变压器3和第二整流电路4输送到能量收集电路6。其中，第一整流电路2和第二整流电路4均用于将交流电转换成直流电，降压变压器3用于降低电压的值。本实用新型的能量收集装置克服了以往高低电压无法兼顾收集的问题，使得路面能量收集装置既可以通过降压变压器收集大货车经过时压电换能器产生的高电压，也可以收集小汽车产生的低电压，极大提高了能量收集效率。

所述开关电路5包括稳压管504、第一PMOS管501、第二PMOS管502和NMOS管503，其中，稳压管504的输出端连接第二PMOS管502的源极，第二PMOS管502的漏极连接NMOS管503的栅极，NMOS管503的源极接公共地，NMOS管503的漏极连接第一PMOS管501的栅极。

所述第一整流电路2和第二整流电路4均采用全桥整流器，所述能量收集电路6采用LTC3105芯片。

所述压电换能器1的两端分别连接所述第一整流电路2的两个输入端AC，所述压电换能器1的两端还连接所述降压变压器3的输入端；所述第一整流电路2的输出正端连接第一PMOS管501的源极、第二PMOS管502的栅极和稳压管504的输入端；稳压管504的公共端接公共地；所述第一整流电路2的输出负端接公共地；

所述降压变压器3的两个输出端分别连接所述第二整流电路4的两个输入端AC；

所述能量收集电路6的输入端VIN连接第一PMOS管501的漏极和所述第二整流电路4的输出正端；所述能量收集电路6的功率点控端MPPC和负端GND接公共地；

所述能量收集电路6的输出端VOUT连接电容C1，电容C1接公共地；所述能量收集电路6的线性稳压输出端LDO连接负载7的一端，负载7的另一端接公共地。

所述压电换能器1采用PZT型压电片。

本实用新型的自适应型路面能量收集装置中的所有元器件均不需要外界稳压或稳流类供电设备提供能量输入，并且也不需要任何外界控制指令，电容C1的电容值由负载确定，储存足够的电能作为外界工作负载的电源，LTC3105芯片的输入端电压为0.5V-5V，因此选用6V的稳压管504来控制开关电路的通断。

本实用新型的自适应路面能量收集装置，其工作原理如下：

(1)初始状态，压电换能器1没有变形，第一PMOS管501、第二PMOS管502和NMOS管503处于截止状态；

(2)当车辆驶过道路，压电换能器1变形后，其表面产生电荷，若其产生的输入电压小于5V，则电压通过第一整流电路2传输到第二PMOS管502的栅极和稳压管504的输入端，则第二PMOS管502的源极电压为稳压管504输出端电压6V，栅极为输入电压，源极电压大于栅极电压且栅极电压和源极电压的电压差大于1V，达到栅极与源极间的导通电压(一般约1V)，则第二PMOS管502由截止状态进入导通状态，此时第二PMOS管502的源极和漏极导通，NMOS管503的栅极电压也上升到导通电压，NMOS管503导通的同时也使第一PMOS管501的栅极和源极电压差达到导通电压，第一PMOS管501也导通，开关电路5为导通状态，从而使输入电压传输到能量收集电路6的输入端；

若输入电压为5V到6V之间，则第二PMOS管502的源极电压为稳压管504输出端电压6V，栅极为输入电压，源极电压大于栅极电压，但栅极电压和源极电压的电压差小于1V，第二PMOS管502处于截止状态，开关电路为断开状态，电压经过降压变压器3降低电压后经过第二整流电路4传输给能量收集电路6的输入端；

若输入电压大于6V，则第二PMOS管502的源极电压为稳压管输出端电压6V，栅极为输入电压，源极电压小于栅极电压，第二PMOS管502处于截止状态，开关电路5为断开状态，电压经过降压变压器3降低电压后经过第二整流电路4传输给能量收集电路6的输入端。

(3)能量收集电路6的输出端VOUT接电容C1，能量在电容C1内进行储存；线性稳压输出端LDO接负载，在输出端VOUT充电的情况下，线性稳压输出端LDO给负载7供电。