壓電能量回收系統(tǒng)接口電路研究.pdf

1、為取代無線系統(tǒng)和便攜式電子設備目前采用的鋰電池供電方式,能量回收技術得到了迅速發(fā)展,其中壓電式能量回收系統(tǒng)因其體積小、輸出功率大、對電子器件不產生電磁干擾、易于器件的小型化等諸多優(yōu)點而受到國內外學者的廣泛關注和研究。本文對壓電式能量回收系統(tǒng)的接口電路展開研究,主要研究內容和取得的成果如下:
　　1.結合壓電材料的第二類壓電方程和“彈簧+質量+阻尼塊”振動模型建立了能量回收系統(tǒng)的機電耦合模型,從原理上分析了能量回收系統(tǒng)的作用機理,研

2、究了影響回收功率的系統(tǒng)參數(shù)。
　　2.設計了一種新的高效能量回收接口電路并命名為 SCEI(Synchronous Charge Extraction and Inversion)接口電路,詳細闡明了SCEI接口電路的控制過程,推導了SCEI接口電路在恒定激振位移和恒定激振力情況下的理論回收功率,分析了該回收功率與控制開關導通時間的關系,并在電子仿真軟件Multisim中驗證了SCEI接口的整個工作過程。
　　3.推導了St

3、andard、SECE、Parallel-SSHI、Series-SSHI四種經典接口電路在恒定激振位移和恒定激振力情況下的理論回收功率,分析了它們的回收功率與負載、機電耦合系數(shù)的關系。在此基礎上給出了 SCEI接口電路與四種經典接口電路回收功率的比較結果。結果表明:在恒定激振位移情況下并忽略buck-boost轉換效率時,SCEI接口電路的回收功率大于四種經典接口電路中具有最大回收功率的Parallel-SSHI電路,而且SCEI接口

4、電路的回收功率與負載無關;在恒定激振力的情況下,隨著系統(tǒng)機電耦合系數(shù)的增大,SCEI接口電路的回收功率先增大后減小,表現(xiàn)出與SECE接口相似的性能。
　　4.根據壓電片的性質建立了壓電片的電路等效模型,運用此等效模型在Multisim中仿真了Standard、SECE、Parallel-SSHI、Series-SSHI和SCEI接口電路的控制過程和回收功率。
　　5.搭建能量回收裝置實驗平臺,在相同的激振水平下分別測得了 S