一種峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路及采用峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的微電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于微能源與自供能的微無線傳感器領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種峰值監(jiān)測(cè)開 關(guān)電路及采用峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的微電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 微壓電振動(dòng)發(fā)電技術(shù)是無線傳感技術(shù)向微型化和實(shí)用化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。在 已有的幾類能量回收技術(shù)中，基于壓電材料的振動(dòng)能量回收技術(shù)最有發(fā)展前途，該是因?yàn)?其具有能量密度高，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，成本較低及無電磁干擾的特點(diǎn)。而利用 MEMS技術(shù)制作的微電源，可將器件微型化、批量化，使其與已經(jīng)逐步微型化的無線傳感器節(jié) 點(diǎn)等其他電子器件更好地集成在一起，最終實(shí)現(xiàn)自供能的無線傳感器節(jié)點(diǎn)等微器件系統(tǒng)。 根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)顯示，基于MEMS技術(shù)的壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)的研究主要集中在最近幾年，總 的文獻(xiàn)不多。目前，MEMS壓電能量采集器主要采用的懸臂梁結(jié)構(gòu)。
[0003] 2009年美國Auburn大學(xué)的化en等人設(shè)計(jì)制造了一款壓電MEMS的振動(dòng)發(fā)電機(jī) 構(gòu)，其大小約為0. 769mm3,在183.8監(jiān)的共振頻率、0. 75g加速度條件下，輸出的功率為 0. 32uW。2011年，美國的UCBerkel巧大學(xué)的Yen等人設(shè)計(jì)了一種波狀A(yù)LN壓電振動(dòng)發(fā)電 機(jī)構(gòu)，波狀結(jié)構(gòu)主要用來提高器件的效率。該器件單個(gè)波狀結(jié)構(gòu)共振頻率為2. 56KHZ，在 0. 25g的加速度條件下，能夠輸出4. 9nW的電能。將多個(gè)波狀結(jié)構(gòu)串聯(lián)在Ig加速度、853化 共振頻率激勵(lì)下，輸出的功率可達(dá)0. 17yW。
[0004] 2009年中國臺(tái)灣國立大學(xué)Lee等人采用噴霧沉積方法制備了娃基PZT厚膜，設(shè)計(jì) 制造了d31和d33兩種模式的壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)。尺寸都為500X1500X500ym3。在2. 5g 振源加速度、255. 6化的共振頻率下，前者可W獲得2. 765yW的功率輸出。在在2g振源加 速度、214化的共振頻率下，后者可W獲得1. 288yW的最大輸出功率。
[0005] (2)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和缺點(diǎn)
[0006] ①微壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)的電能輸出效率比較低。目前的基于微壓電懸臂梁式振動(dòng) 發(fā)電機(jī)構(gòu)的微電源均采用由濾波電容與二極管整流電橋組成的外圍接口電路，結(jié)構(gòu)比較簡 單，但輸出效率也比較低，原因是它沒有將微壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的全部電能輸出。
[0007] ②缺少精確的理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。由于不能根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)微電源的 固有頻率和電能輸出進(jìn)行準(zhǔn)確的理論分析和預(yù)測(cè)，也就無法針對(duì)特定的應(yīng)用環(huán)境（振動(dòng)頻 率）和技術(shù)指標(biāo)要求（電源功率）進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的理論計(jì)算設(shè)計(jì)，而只能W經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí) 驗(yàn)測(cè)試分析為主，設(shè)計(jì)制作周期比較長，浪費(fèi)也比較大。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[000引為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路及采用峰值 監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的微電源，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路進(jìn)行了改進(jìn)，W及構(gòu)建了微壓電 懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型。
[0009] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：
[0010] 一種峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路，包括：
[0011] 整流橋，所述整流橋的輸入端為峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸入端，第一二極管和第一 電容串聯(lián)后再并聯(lián)至整流橋的輸出端，第一二極管的陰極與第一電容相連，第一二極管的 陰極與第一電容的連接點(diǎn)與PNP型S極管的發(fā)射極相連，第一二極管的陽極與PNP型S極 管的基極相連，所述PNP型S極管的集電極與第二二極管的陽極相連，第二二極管的陰極 與NPN型S極管的基極相連，NPN型S極管的集電極與第S二極管的陰極相連，第S二極管 的陽極與PNP型S極管的基極相連，NPN型S極管的發(fā)射極通過電感L接地，電感L與電容 C并聯(lián)，電容C與負(fù)載R并聯(lián)，電感L與電容C之間串聯(lián)有第四二極管，第四二極管的陽極連 接至NPN型S極管的發(fā)射極；所述負(fù)載R的兩端為峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸出端。
[0012] 一種采用峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的微電源，包括：
[0013] 微壓電懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)，所述微壓電懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)的輸出端與峰 值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸入端相連，所述峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸出端與負(fù)載相連；當(dāng)微壓電懸 臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)輸出的電壓達(dá)到峰值時(shí)，峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路導(dǎo)通，對(duì)負(fù)載供電；
[0014] 所述峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路，包括整流橋，所述整流橋的輸入端連接微壓電懸臂梁式 振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)的輸出端，第一二極管和第一電容串聯(lián)后再并聯(lián)至整流橋的輸出端，第一二 極管的陰極與第一電容相連，第一二極管的陰極與第一電容的連接點(diǎn)與PNP型S極管的發(fā) 射極相連，第一二極管的陽極與PNP型S極管的基極相連，所述PNP型S極管的集電極與第 二二極管的陽極相連，第二二極管的陰極與NPN型S極管的基極相連，NPN型S極管的集電 極與第S二極管的陰極相連，第S二極管的陽極與PNP型S極管的基極相連，NPN型S極管 的發(fā)射極通過電感L接地，電感L與電容C并聯(lián)，電容C與負(fù)載R并聯(lián)，電感L與電容C之 間串聯(lián)有第四二極管，第四二極管的陽極連接至NPN型S極管的發(fā)射極；所述負(fù)載R的兩端 為峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸出端；所述峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸出端為所述微電源的輸出端。
[0015] 所述微壓電懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)，包括基座，所述基座與多層結(jié)構(gòu)的一端相連， 所述多層結(jié)構(gòu)的另一端懸空，所述多層結(jié)構(gòu)上設(shè)有質(zhì)量塊；所述多層結(jié)構(gòu)包括支撐層，所述 支撐層上依次設(shè)有絕緣層、第一電極層、壓電層和第二電極層。
[0016] 微壓電懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型為：
[0017]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路，其特征在于，包括： 整流橋，所述整流橋的輸入端為峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸入端，第一二極管和第一電容 串聯(lián)后再并聯(lián)至整流橋的輸出端，第一二極管的陰極與第一電容相連，第一二極管的陰極 與第一電容的連接點(diǎn)與PNP型三極管的發(fā)射極相連，第一二極管的陽極與PNP型三極管的 基極相連，所述PNP型三極管的集電極與第二二極管的陽極相連，第二二極管的陰極與NPN 型三極管的基極相連，NPN型三極管的集電極與第三二極管的陰極相連，第三二極管的陽極 與PNP型三極管的基極相連，NPN型三極管的發(fā)射極通過電感L接地，電感L與電容C并 聯(lián)，電容C與負(fù)載R并聯(lián)，電感L與電容C之間串聯(lián)有第四二極管，第四二極管的陽極連接 至NPN型三極管的發(fā)射極；所述負(fù)載R的兩端為峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸出端。
2. -種采用峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的微電源，其特征在于，包括： 微壓電懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)，所述微壓電懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)的輸出端與峰值監(jiān) 測(cè)開關(guān)電路的輸入端相連，所述峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸出端與負(fù)載相連；當(dāng)微壓電懸臂梁 式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)輸出的電壓達(dá)到峰值時(shí)，峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路導(dǎo)通，對(duì)負(fù)載供電； 所述峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路，包括整流橋，所述整流橋的輸入端連接微壓電懸臂梁式振動(dòng) 發(fā)電機(jī)構(gòu)的輸出端，第一二極管和第一電容串聯(lián)后再并聯(lián)至整流橋的輸出端，第一二極管 的陰極與第一電容相連，第一二極管的陰極與第一電容的連接點(diǎn)與PNP型三極管的發(fā)射極 相連，第一二極管的陽極與PNP型三極管的基極相連，所述PNP型三極管的集電極與第二二 極管的陽極相連，第二二極管的陰極與NPN型三極管的基極相連，NPN型三極管的集電極與 第三二極管的陰極相連，第三二極管的陽極與PNP型三極管的基極相連，NPN型三極管的發(fā) 射極通過電感L接地，電感L與電容C并聯(lián)，電容C與負(fù)載R并聯(lián)，電感L與電容C之間串 聯(lián)有第四二極管，第四二極管的陽極連接至NPN型三極管的發(fā)射極；所述負(fù)載R的兩端為峰 值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸出端；所述峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸出端為所述微電源的輸出端。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種采用峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的微電源，其特征在于，所述微壓 電懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)，包括基座，所述基座與多層結(jié)構(gòu)的一端相連，所述多層結(jié)構(gòu)的另 一端懸空，所述多層結(jié)構(gòu)上設(shè)有質(zhì)量塊；所述多層結(jié)構(gòu)包括支撐層，所述支撐層上依次設(shè)有 絕緣層、第一電極層、壓電層和第二電極層。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種采用峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的微電源，其特征在于，所述質(zhì)量 塊設(shè)置于多層結(jié)構(gòu)的懸空端，所述多層結(jié)構(gòu)的懸空端的形狀為T型或弧形。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路及采用峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的微電源，該微電源包括微壓電懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)，所述微壓電懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)的輸出端與峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸入端相連，所述峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的輸出端與負(fù)載相連；當(dāng)微壓電懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)輸出的電壓達(dá)到峰值時(shí)，峰值監(jiān)測(cè)開關(guān)電路導(dǎo)通，對(duì)負(fù)載供電。
【IPC分類】H02N2-18, G01R19-165
【公開號(hào)】CN204559442
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520296107
【發(fā)明人】霍睿, 崔興可, 王志東, 張道坤
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月8日