壓電能量回收系統(tǒng)接口電路研究.pdf

1、為取代無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)和便攜式電子設(shè)備目前采用的鋰電池供電方式,能量回收技術(shù)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(duì)電子器件不產(chǎn)生電磁干擾、易于器件的小型化等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。本文對(duì)壓電式能量回收系統(tǒng)的接口電路展開(kāi)研究,主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下:
　　1.結(jié)合壓電材料的第二類(lèi)壓電方程和“彈簧+質(zhì)量+阻尼塊”振動(dòng)模型建立了能量回收系統(tǒng)的機(jī)電耦合模型,從原理上分析了能量回收系統(tǒng)的作用機(jī)理,研

2、究了影響回收功率的系統(tǒng)參數(shù)。
　　2.設(shè)計(jì)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(xì)闡明了SCEI接口電路的控制過(guò)程,推導(dǎo)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(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間的關(guān)系,并在電子仿真軟件Multisim中驗(yàn)證了SCEI接口的整個(gè)工作過(guò)程。
　　3.推導(dǎo)了St

3、andard、SECE、Parallel-SSHI、Series-SSHI四種經(jīng)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(fù)載、機(jī)電耦合系數(shù)的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上給出了 SCEI接口電路與四種經(jīng)典接口電路回收功率的比較結(jié)果。結(jié)果表明:在恒定激振位移情況下并忽略buck-boost轉(zhuǎn)換效率時(shí),SCEI接口電路的回收功率大于四種經(jīng)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(fù)載無(wú)關(guān);在恒定激振力的情況下,隨著系統(tǒng)機(jī)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(jù)壓電片的性質(zhì)建立了壓電片的電路等效模型,運(yùn)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(guò)程和回收功率。
　　5.搭建能量回收裝置實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在相同的激振水平下分別測(cè)得了 S