一种多节点电荷混合释放系统及方法

本发明涉及能量释放，具体而言，尤其涉及一种多节点电荷混合释放系统及方法。

背景技术：

1、基于静电感应原理的静电型发电机是一种利用电荷分离和电势差来实现能量转换的特殊发电机，该类别发电机具有高电压、低电荷输出特点，例如如摩擦纳米发电机、驻极体发电机、开尔文水滴发电机和介电弹性体发电机等，这些发电机利用静电感应效应将机械能转化为电能，从而提高电荷输出。

2、然而，这种高电压、低电荷输出特点的发电机也面临一些挑战，例如电荷管理电路需要外加机械开关控制。同时，在利用升压电路时，发电机的稳压端的直流输出不能与交流输出端同时为负载供电，造成电荷输出的浪费。因此，解决机械开关的问题和实现直流协同混合输出成为其实用化的巨大挑战，需要进一步研究和改进以提高此类发电机的输出性能，并使其能够满足实际应用的需求。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种多节点电荷混合释放系统及方法，旨在解决上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种多节点电荷混合释放系统，包括：

3、发电机，包括自偏置稳压电路以及直流输出单元，所述直流输出单元并联连接在所述自偏置稳压电路上；

4、所述直流输出单元包括并联连接的第二整流桥和第五内部电容，所述第二整流桥的输入端与并联连接在所述自偏置稳压电路的稳压二极管串联；

5、节点电荷输出单元，接入在所述发电机输出端口；

6、多节点电荷存储单元组，包括n个串联连接的节点电荷存储单元，每个所述节点电荷存储单元并联连接在所述节点电荷输出单元的输出端，用于储存所述节点电荷输出单元的电荷；

7、多节点电荷释放单元组，包括n个并联连接且与所述节点电荷存储单元一一对应的第八内部二极管、三极管和用于消耗电荷的负载，所述三极管的输入极与所述第八内部二极管的输出端连接，所述三极管的发射极与所述负载串联连接后分别连接在每个所述节点电荷存储单元的末端和所述第二整流桥的输入c3端；所述三极管的基极连接在所述第二整流桥的输出d3端，所述三极管的集电极连接在每个所述第八内部二极管的输出端；

8、所述第二整流桥、所述第五内部电容和所述所述三极管联合控制所述多节点电荷存储单元组的电荷释放到所述负载当中。

9、进一步的，所述发电机还包括小电荷供给装置和介电弹性体电容单元，所述介电弹性体电容单元并联连接在所述小电荷供给装置上。

10、进一步的，所述节点电荷输出单元为第三整流桥，其中所述第三整流桥的输出a1端与所述发电机的一输入端连接，所述第三整流桥的输出b1端与所述发电机的一输出端连接。

11、进一步的，每个所述节点电荷存储单元包括第六内部电容、第六内部二极管和第七内部二极管，所述第六内部电容与所述第六内部二极管串联连接，且所述第六内部电容的正极连接在所述第三整流桥的输入c1端，所述第六内部电容的负极连接在所述第三整流桥的输出d1端，所述第七内部二极管的输入端经所述负载串联连接后连接在所述三极管的输出端，所述第七内部二极管的输出端连接在所述第六内部电容与所述第六内部二极管之间。

12、进一步的，所述自偏置稳压电路还包括与所述稳压二极管并联设置的自偏置电路；

13、所述稳压二极管的正极与所述第二整流桥的输出a3端连接，所述稳压二极管的负极与所述第三整流桥的输出a1端连接；

14、所述自偏置电路包括若干个内部电容和内部二极管，通过内部二极管的导通与关断，实现内部电容呈现出串并联模式。

15、进一步的，所述自偏置电路为二阶形式，包括第一支路、第二支路和第三支路，其中：

16、所述第一支路包括依次串联连接的第一内部电容和第一内部二极管；

17、所述第二支路包括依次串联连接的第二内部电容、第四内部二极管和第三内部电容；

18、所述第三支路包括依次串联连接的第三内部二极管和第四内部电容；

19、所述第四内部二极管的末端与所述第一内部二极管的起始端之间还连接有第二内部二极管；

20、所述第三内部二极管的末端与所述第四内部二极管的起始端之间还连接有第五内部二极管。

21、进一步的，所述小电荷供给装置包括驻极体电压源和第一整流桥，其中：

22、所述驻极体电压源的上下两个电极分别接入所述第一整流桥的输出a2端和输出b2端，所述第一整流桥的输入c2端连接在所述第二整流桥的输出b3端，所述第一整流桥的输出d2端连接在所述第三整流桥的输出b1端。

23、进一步的，所述介电弹性体电容包括介电弹性体薄膜和导电油脂，所述导电油脂涂抹在所述介电弹性体薄膜的表面。

24、进一步的，所述介电弹性体电容单元为摩擦纳米发电机、驻极体发电机和交流介电弹性体电容中的任意一种。

25、本发明的第二目的在于提供一种多节点电荷混合释放方法，基于上述所述的多节点电荷混合释放系统，所述多节点电荷混合释放方法包括如下步骤：

26、s100：节点电荷输出单元接入发电机的输出端口，测试节点电荷输出单元的电压，计算所述节点电荷输出单元的电荷量与能量；

27、s200：在节点电荷输出单元的输出端连接多节点电荷存储单元组，将所述节点电荷输出单元的电荷存储到所述多节点电荷存储单元组中；

28、s300：引入多节点电荷释放单元组，通过直流输出单元和三极管与电荷存储单元之间的放电时序控制，将电荷存储单元和直流输出单元中的电能释放到负载。

29、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

30、1、本发明通过设计一种多节点电荷混合释放系统，所述混合释放系统包括发电机、节点电荷输出单元、多节点电荷存储单元组和多节点电荷释放单元组，在发电机的一个工作循环里，由于交直流输出存在时间差，初期发电机的输出电压逐渐增大，并通过第二整流桥的作用，电荷储存在第五内部电容中，第五内部电容中的电极板一直在积累电荷，但第五内部电容的最大积累电压一直未超过稳压二极管的稳压电压，在这期间，发电机的输出电压通过第三整流桥输出电压，并将电荷存储到多节点电荷存储单元组的每个节点电荷存储单元当中，此时三极管中的vbe未导通，每个节点电荷存储单元中电荷无法卸载到负载当中；在交流输出即将结束时，由于发电机的输出电压超过稳压二极管的稳压电压，多余的电荷将通过稳压二极管释放电荷形成直流电，在通过第二整流桥时电荷储存在第五内部电容中，当第五内部电容中的电压超过三极管中的vbe的启动电压时，此时三极管的集电极(c)与发射极(e)之间导通,储存在电荷存储单元中的电荷即可通过每个电荷存储单元中对应的第八内部二极管进行释放电荷，形成并联放电；放电结束后，再次启动小电荷供给装置,小电荷供给装置中的驻极体电压源继续循环，如此往复，即可实现高效的交直流电荷输出。

31、2、将直流输出单元和三极管相结合的控制方式，并结合直流端放电具有高电压的特点和电荷管理电路的总体放电，继而不仅实现了电荷管理电路电荷释放无需机械开关也实现了直交混合输出，提高了电荷的利用率。