懸臂梁壓電俘能器理論模型及電能存儲(chǔ)電路的研究.pdf

1、過(guò)去幾年里，微電子、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)和MEMS等低功耗產(chǎn)品得到了大力發(fā)展，它們主要的供能方式是化學(xué)電池，但是化學(xué)電池存在著諸多弊端，如電池壽命有限，需要定時(shí)更換。環(huán)境中存在著多種低頻機(jī)械振動(dòng)能，如果能從周?chē)h(huán)境中收集能量，實(shí)現(xiàn)自供能，將能解決能源不足的問(wèn)題。壓電俘能器因具有較高的功率密度和機(jī)電耦合系數(shù)，無(wú)需外界電源，不發(fā)熱、無(wú)電磁干擾、無(wú)污染和易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的小型化、集成化等優(yōu)點(diǎn)，且能滿(mǎn)足此類(lèi)低功耗產(chǎn)品的供能需求而成為研究熱點(diǎn)。
　　

2、 本文首先分析了懸臂梁壓電發(fā)電機(jī)發(fā)電的理論模型，然后設(shè)計(jì)了單層懸臂梁壓電-不銹鋼片復(fù)合結(jié)構(gòu)的壓電發(fā)電機(jī)，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，最后研究了功率調(diào)節(jié)電路和儲(chǔ)能電路。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果包括：
　　 1.介紹了壓電發(fā)電的基本原理，即正逆壓電效應(yīng)，壓電材料的兩種工作模式，建立了壓電發(fā)電機(jī)的等效電路模型，引入其通用的轉(zhuǎn)換模型，推導(dǎo)出了等效電路模型中的各項(xiàng)參數(shù)。
　　 2.設(shè)計(jì)了懸臂梁壓電俘能器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)裝置的制作，以及實(shí)

3、驗(yàn)平臺(tái)的建立，體積為35mm×7mm×0.4mm試件，共振頻率為33.7Hz，在加速度為5m/s2的2N的外力作用下，產(chǎn)生的開(kāi)路電壓幅值達(dá)到22.6V。
　　 3.設(shè)計(jì)了電壓調(diào)整和電能存儲(chǔ)電路，進(jìn)行了輸出功率的優(yōu)化分析、電能儲(chǔ)存的分析，實(shí)驗(yàn)表明，試件在共振狀態(tài)下，輸出電能經(jīng)過(guò)整流后，當(dāng)負(fù)載為400KΩ時(shí)，輸出功率達(dá)到最大值226.13μW，直接給超級(jí)電容充電實(shí)驗(yàn)，平均充電功率為27.45μw；利用buck-boost電路，調(diào)節(jié)M