振动微能量收集管理系统的研究

• 作 者: 刘超
• 发表日期: 2014年01期
• 关键词: 振动 能量收集 压电陶瓷 DC-DC变换电路 压电悬臂梁

随着低功耗和无线传感设备的快速发展,其供电系统越来越受到人们的广泛关注。振动能量收集作为微能量收集的一个典型领域可以很好的解决低功耗设备的供电问题。压电振动能量收集系统由于其结构简单、易于安装调试、无需提供电源、无电磁干扰等优点,特别适合为低功耗传感器及不易更换电池的低功耗设备供电。因此,本文在研究压电换能装置结构的基础上设计制作了压电悬臂梁换能装置,研究了四种不同的振动能量收集电路,对其进行理论分析仿真及对比;其次,设计了能量变换及储能电路;最后对整个振动能量收集系统进行试验测试。具体来说,主要包括以下内容:1.讨论压电陶瓷的振动模型,在其振型函数的基础上,进一步推理得出压电悬臂梁制作时压电陶瓷粘贴的最佳位置。同时,制作压电悬臂梁结构,将仿真和试验结合,测试不同频率时压电悬臂梁发电能力,为后续收集处理电路做好铺垫。2.从理论推理和仿真试验的角度出发,研究四种不同的压电振动能量收集电路,讨论其各自理论发电能力和外部因素对其发电能力的影响,然后进行仿真试验,得到各个收集电路发电能力的具体参数。最后对四种电路发电能力进行对比,确定各自优缺点。3.在能量收集电路的基础上加入DC-DC变换电路,使得收集到的电能满足后续存储电路工作需求,然后设计充电管理电路,将能量收集电路收集的电能存储在储能设备中。4.系统对比测试及仿真,在特定振动频率下,对本文中设计的振动能量收集系统和利用凌力尔特公司LTC3588-1能量收集IC设计的能量收集系统进行对比测试和仿真,确定本文能量收集系统的发电能力,并对测试结果进行分析。