一种用于摩擦纳米发电机能量收集装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及摩擦纳米发电领域，特别地，涉及一种用于摩擦纳米发电机能量 收集装置。
【背景技术】
[0002] 摩擦纳米发电机（TENG)是依靠两种不同纳米材料之间的摩擦引起电荷转移来实 现发电的，它发出的电不能直接被电子设备所用，原因有二：一是它发出的电是幅值不一的 交流电；二是它的发电量比较小。因此，和其他诸如依靠压电材料、温差、电磁波发电一样， 摩擦纳米发电机发出的电必须经过收集和转换后才能使用。
[0003]目前，针对交流微能量市场上出现不少收集装置，这些装置要么是全部采用分立 元器件搭建的，要么以集成电路为核心结合一些分立器件组建的。但是无论哪种方式都少 不了整流、滤波储能、阈值开关这三部分。交流信号经过桥式整流或半波整流变成直流电， 再经过电容滤波储能变成较平滑的直流电，当滤波储能电容上的电压达到阈值开关所决定 的高值时，能量释放出去，滤波储能电容上的电压逐渐下降，当下降到阈值所决定的低值 时，停止释放能量，又开始下一次的能量存储过程，如此反复完成为负载的供电过程。
[0004] 但现有的微能量收集装置都具有一些局限性。一是整流以后的直流工作电压普遍 不高，大都在25V以下，它们不适合摩擦纳米发电机这种具有恒流源性质发电源收集能量 的使用，因为这极大地限制了前级储能滤波电容储存能量的大小；二是它们的阈值调节灵 活性差，有些集成电路只有一个或几个阈值可以选择，比如整流后的电压达到16V时，能量 收集装置开始释放能量，待电压降到14V时停止释放能量，即阈值为[16V，14V]，即使分离 元件搭建的电路，如果要调节阈值也要更换很多元器件，这极大地限制了单次收集能量大 小的可调节性，从而会影响能量收集电路收集效率的优化。
[0005]因此，研发一种工作电压范围宽，工作阈值调节方便的能量收集转换装置，成为人 们亟待解决的问题。 【实用新型内容】
[0006] 鉴于此，本实用新型提供了一种用于摩擦纳米发电机能量收集装置，以解决现有 的能量收集转换装置存在的工作电压范围窄，工作阈值调节不方便等问题。
[0007] 本实用新型采用的技术方案如下：
[0008] -种用于摩擦纳米发电机能量收集装置，其特征在于，包括：
[0009] 整流单元20,与摩擦纳米发电机10的输出端连接，用以接收所述摩擦纳米发电机 10输出的电流并将所述电流整流变换为直流电；
[0010] 输入储能单元30,与所述整流单元20的输出端连接，用于对所述整流单元20输出 的直流电进行储能处理；
[0011] 能量控制开关单元50,与所述输入储能单元30的输出端连接，用于控制所述输入 储能单元30的能量存储及释放时机；
[0012] DC-DC变换单元60,与所述能量控制开关单元50的输出端连接，用于将所述能量 控制开关单元50输出的直流电转换成电压恒定的直流电；
[0013] 输出储能单元70,与所述DC-DC变换单元60的输出端连接，用于接收并存储所述 DC-DC变换单元60输出的直流电。
[0014] 优选，所述输入储能单元30与所述能量控制开关单元50之间设有用于防止所述 输入储能单元30的输出电压高于预设阈值的分流保护单元40。
[0015] 进一步优选，所述能量控制开关单元50包括用于高压检测的第一比较器、用于低 压检测的第二比较器，所述第一比较器、所述第二比较器的输出端分别连接RS触发器的输 入端，所述RS触发器的输出端经0D门连接所述DC-DC变换单元60,所述输入储能单元30 在所述能量控制开关单元50的控制下，当所述输入储能单元30上的电压高于第一阈值时， 0D门输出高电平以驱动所述DC-DC变换单元60工作以供电给所述输出储能单元70,所述 输入储能单元30进入放电阶段；当所述输入储能单元30上的电压低于第二阈值时，0D门 输出低电平以停止所述DC-DC变换单元60工作，所述输入储能单元30进入储能阶段，其 中，所述第一阈值高于所述第二阈值。
[0016] 进一步优选，所述摩擦纳米发电机10为一个摩擦纳米发电机或多个摩擦纳米发 电机并联构成。
[0017] 进一步优选，所述输出储能单元70采用储能电容。
[0018] 进一步优选，所述输出储能单元70包括两只或者两只以上串联连接的储能电容。
[0019] 进一步优选，所述DC-DC变换单元60为降压型DC-DC转换电路。
[0020] 本实用新型具有以下有益效果：
[0021] 本实用新型用于摩擦纳米发电机能量收集装置，接收摩擦纳米发电机的能量并转 换为直流电供电给输入储能单元，且通过设置能量控制开关单元对输入储能单元的能量储 存及释放时机进行控制，再将经输入储能单元储存的能量供给输出储能单元，由输出储能 单元进行能量的存储。
[0022] 该用于摩擦纳米发电机能量收集装置，可适用于较高的工作电压，当工作电压较 高时，有利于摩擦纳米发电机每次工作时发出更多的能量，进而从摩擦纳米发电机中转移 更多电荷到输入储能单元中，可以推导出输入储能单元的电容越小，储存的能量越多，但同 时输入储能单元的电容上电压会增高，而能承受较高的工作电压恰恰这一工作状况创造了 条件；此外，实用新型摩擦纳米发电机能量收集装置控制阈值调节方便，用户可以根据摩擦 纳米发电机的工作状况(包括工作频率、工作电压等）来调节阈值以达到发电量的最大化。
[0023] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优 点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0024] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的 示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图 中：
[0025]图1是本实用新型优选实施例的用于摩擦纳米发电机能量收集装置的结构示意 图；
[0026] 图2是本实用新型优选实施例能量控制开关单元的结构示意图。
[0027] 附图标记说明：
[0028] 10、摩擦纳米发电机单元；
[0029] 20、整流单元；
[0030] 30、输入储能单元；
[0031] 40、分流保护单元；
[0032] 50、能量控制开关单元；
[0033] 60、DC_DC变换单元；
[0034] 70、输出储能单元。
【具体实施方式】
[0035] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0036] 本实用新型的优选实施例提供一种用于摩擦纳米发电机能量收集装置，用于收集 的摩擦纳米发电机生成的微小能量，并将该能量转换为输出储能单元可用的能量，从而拓 宽摩擦纳米发电机的应用场景，同时该收集装置具有工作电压范围宽，工作阈值调节方便 等优点。现有的微能量收集装置，均存在工作电压范围窄，工作阈值调节不方便等局限。根 据这些特性，发明了本实施例能量收集装置，该能量收集装置能把微弱的交流电转换成电 压恒定的直流电，可以直接为MCU、无线传感器等负载供电。参照图1，本实施例能量收集装 置包括：
[0037] 整流单元20,与摩擦纳米发电机10的输出端连接，用以接收所述摩擦纳米发电机 10输出的电流并将所述电流整流变换为直流电；作为一种优选的实施方式，本实施例整流 单元20通过不控桥式整流或倍压整流电路来实现；所述摩擦纳米发电机10可以为一个摩 擦纳米发电机或多个摩擦纳米发电机并联构成；
[0038] 输入储能单元30,与整流单元20的输出端连接，用于对整流单元20输出的直流电 进行储能处理；
[0039] 能量控制开关单元50,与输入储能单元30的输出端连接，用于控制输入储能单元 30的能量存储及释放时机；
[0040] DC-DC变换单元60,与能量控制开关单元50的输出端连接，用于将能量控制开关 单元50输出的直流电转换成电压恒定的直流电，为一个降压结构的转换器；
[0041] 输出储能单元70,与DC-DC变换单元60的输出端连接，用于接收DC-DC变换单元 60输出的直流电；
[0042] 其中，上述各个组成部分，除了摩擦纳米发电机外，都可放置于一块电路板上。
[0043] 本实施例中，可选地，输入储能单元30是由极低ESR的陶瓷电容构成，根据输入源 的大小可以选择〇. 1μF~4. 7μF。