关于我们 | 联系我们

狐火体育全站app-下载安卓版

荣誉资质
当前位置:主页 > 荣誉资质 >

振动能量收集电源电路设计

本文摘要:概要:利用凌力尔特发售的电源构建芯片LTC3588-2,设计出有限于振动能量搜集的高集成度电源电路。根据压电材料能量收集器特性,创建了以理想电流源为基础的电路模型,用作电路仿真。通过调节收集器自身的振动频率,以及用于不具备黯淡外泄电流特点的电容,使振动能量到电能的切换效率最大化。 测试结果表明,该电源可以间歇输入5V的平稳电压,为低功耗、较短工作时间的无线传感器设备供电。

狐火体育全站app

概要:利用凌力尔特发售的电源构建芯片LTC3588-2,设计出有限于振动能量搜集的高集成度电源电路。根据压电材料能量收集器特性,创建了以理想电流源为基础的电路模型,用作电路仿真。通过调节收集器自身的振动频率,以及用于不具备黯淡外泄电流特点的电容,使振动能量到电能的切换效率最大化。

测试结果表明,该电源可以间歇输入5V的平稳电压,为低功耗、较短工作时间的无线传感器设备供电。  0章节  近些年,无线传感器网络发展很快,被广泛应用在环境、安全性、过程控制和身体健康监控等领域,提高了资源的利用效率,构建了自然环境和工程掌控的智能化,提升了公共领域的安保水平,深刻影响着人类社会的方方面面。但是,大量的无线传感器节点也带给了一些亟待解决的问题,尤其是对能源的市场需求。

而且,在许多应用领域,为了降低成本,无线传感器节点被设计为低成本、较低确保周期的设备,这就对传感器校准、险恶环境下的PCB设计、尤其是电源供电明确提出了更大的挑战。随着科技的发展,虽然电池技术性能早已获得相当大改良,但是仍然无法跟上无线传感器对能源需求的增长速度。基于这个原因,从外部环境提供能量给无线传感器供电沦为当前的研究热点。

正在研发的各种新型环境能源主要还包括太阳能、热能、振动能和射频能。振动能量作为自然环境中普遍存在的一种机械能,不受外界条件容许较较少,搜集利用便利,是无线传感器网络替代能源的理想自由选择[1]。  1振动能量搜集原理  振动能量收集器一般来说使用压电材料构建振动能到电能的切换。

将振动能量收集器以悬梁臂的结构相同在振动源上,当产生机械振动时,压电晶体再次发生应力,在电路中产生电流,随着振动方向的变化,电流的方向也回来转变。因此,可以创建以理想电流源为基础的电路模型,如图1右图。它包括一个正弦电流源i(t)、一个内部电容Cp和一个内部电阻Rp。其中,i(t)=Ipsin(2ft),Ip的大小由振幅要求,f回应振动频率,Cp和Rp是与振动频率没关系的常量,而且Rp的阻值总是十分大。

狐火体育全站app

过去的研究指出,压电材料的输入电压(电流)各不相同材料的几何尺寸、压电特性、机械振动强度和输出阻抗[2]。  2振动能量搜集优化分析  由于振动能量收集器输入的是交流电压(电流)信号,所以首先要用于整流电路将其切换为直流电力,如图2右图。其中,Cs是存储电容,用作积累搜集的电量,i0(t)回应整流电路输入电流值,Vs回应整流电路输入电压值  由电路分析由此可知,整流电路的平均值输入电流为:  此时,Vs称作振动能量收集器整流输入电压的拟合值,影响因素还包括Ip、f和Cp。

而Ip又各不相同振动幅度,f代表振动频率,Cp由压电材料特性要求,可以指出是一个常量。由此可以发售,振动能量收集器输入的交流电压(电流)信号不存在一个拟合值,且由振动幅度、频率和压电材料特性要求。

所以,振动能量收集器的生产厂商一般不会得出特定振动频率下,收集器输出功率与工作电压和振动幅度的关系曲线。以测试使用的MIDE公司生产的VOLTURE系列振动能量收集器V25W为事例,振动频率为40Hz时,振动幅度分别为0.25g、0.375g、0.5g和1.0g的情况下,使输出功率最大化的等效开路电压分别为4V、7V、8V和15V。  3振动能量搜集电源设计  搜集到的电能切换为直流后,还必须经过稳压电路才能可供阻抗用于。

传统的方法中,整流电路和稳压电路使用整流二极管、存储电容、维护二极管和三端稳压器等分立器件组合而成,电路调试可玩性大,切换效率低落[4]。凌力尔特公司最近生产出有一款专用于振动能量搜集的电源芯片LTC3588-2,内部构建了整流桥、稳压及控制电路,由它包含的电源电路非常简单,如图3右图。

其中,PZ1和PZ2插槽相连振动能量收集器,D0和D1插槽用作自由选择输入电压值(3.45V、4.1V、4.5V、5.0V附加),此电路自由选择为5.0V输入,Pgood插槽作为稳压电源准备好的提醒信号。  电路用于的元器件中,较为关键的是输出末端存储电容Cs的自由选择。在振动能量搜集电路中,存储电容最重要的特点是较低外泄电流,而等效串联电阻值并不最重要,考虑到外泄电流、电池能力和电气参数稳定性等指标对电路的影响,TRJ系列钽电容是振动能量搜集的最佳自由选择[5],所以Cs自由选择容量为22?滋F、耐压25V的TRJ钽电容。  4测试与结论  用于振动台作为振动源仿真环境振动,搭配振动频率40Hz、振动幅度1.0g的MIDE公司的V25W振动能量收集器以悬梁臂的结构相同在振动台上,并在其末端粘贴大约16g的重物,用作将收集器自身频率调节到40Hz,以给定振动源频率。

  振动台起振后,振动能量收集器输入的交流电压十分光滑,合乎正弦信号的特征,其峰峰值约13V,十分相似输出功率仅次于时的开路电压,信号周期25ms,频率与振动源频率完全一致。  LTC3588-2将交流电压转换成直流电压后给输出末端存储电容Cs电池,Cs两端电压Vs渐渐飞行高度,一旦跨过下降沿门限电压(16V),芯片关上其内部稳压电路,将Cs上的电荷搬移到输入末端存储电容C2上,输入电压VO瞬间飞行高度到5V,给阻抗供电。与此同时,准备好信号Pgood置为高电平,提醒稳压电源可以用于。

当Vs由于电荷的暂存上升到上升沿门限电压后,芯片重开其内部稳压电路,暂停运送Cs上的电荷,使Cs两端的电压再度渐渐飞行高度。  测试结果表明,合理加装振动能量收集器并相连到研发的电源电路板,需要产生间歇的5V平稳电压,可以普遍用作低功耗、较短工作时间的无线传感器设备上。  参考文献  [1]李金田,文玉梅.压电式振动能量收集电源管理电路分析[J].。


本文关键词:狐火体育全站app,振动,能量,收集,电源,电路设计,概要,利用

本文来源:狐火体育全站app-www.nmcyjx.com

Copyright © 2009-2022 www.nmcyjx.com. 狐火体育全站app科技 版权所有 备案号:ICP备23897312号-6