用于低能量密度换能器的电源管理电路-仪器仪表学报.PDFVIP

第３８卷　第２期 仪 器 仪 表 学 报 Ｖｏｌ３８Ｎｏ２ ２０１７年２月 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｆｅｂ．２０１７ 用于低能量密度换能器的电源管理电路 １ ２ １ ２ 李　平 ，李哲愚 ，文玉梅 ，卢建国 （１．上海交通大学电子信息与电气工程学院　上海　２００２４０；２．重庆大学光电工程学院　重庆　４０００４４） 摘　要：为无线微传感器供能的低能量密度压电换能器，其采集能量少、输出功率低。使用传统的电源管理电路向储能电容充 电时，低功率地能量传输使得采集能量大多耗散在整流电路中，而最终能够传递给储能电容的较少，导致电路充电功率低下。 为解决低能量密度条件下，电源管理电路整流耗能大、充电功率低的问题，引入了高品质因数的石英晶体，提出一种新式电源管 理电路。电路使用石英晶体低损耗地聚集换能器采集到的能量，当能量聚集到一定水平后，快速释放能量，为整流电路提供较 高的输入功率，降低耗散在整流电路中的能量的比例，从而使更多的能量传递给储能电容，使其获得较高的充电功率。实验表 明，对于５０Ｈｚ频率下输出８Ｖ的压电换能器，相比于传统变频匹配电源管理电路，所提电路可将充电电压提高１６３％，充电功 率提高１１０％。 关键词：低能量密度；石英晶体；高Ｑ值；电源管理电路 中图分类号：ＴＰ２１２　ＴＨ８９　　　文献标识码：Ａ　　国家标准学科分类代码：４６０．４０２０ Ｐｏｗｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒｔｈｅｌｏｗｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ １ ２ １ ２ ＬｉＰｉｎｇ，ＬｉＺｈｅｙｕ，ＷｅｎＹｕｍｅｉ，ＬｕＪｉａｎｇｕｏ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ； ２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒａｌｏｗｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗｈｉｃｈｐｏｗｅｒｓｗｉｒｅｌｅｓｓｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒｓ，ｉｔｈａｒｖｅｓｔｓｌｉｔｔｌｅｅｎｅｒｇｙ，ａｎｄｉｔｓｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅｉｓｌｏｗ．Ｗｈｅｎｔｈｅｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｏｒｉｓｃｈａｒｇｅｄｂｙｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｌｏｗｐｏｗｅｒｌｅａｄｓｔｏ ａｈｉｇｈｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｈａｒｖｅｓｔｅｄｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｅｄｉｎｒｅｃｔｉｆｙｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ ，ａｎｄｌｉｔｔｌｅｅｎｅｒｇｙｉｓｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄｔｏｔｈｅｓｔｏｒａｇｅｃａｐａｃｉｔｏｒ，ｗｈｉｃｈｍｅａｎｓ ｌｏｗｃｈａｒｇｉｎｇｐｏｗｅｒ．Ｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｌａｒｇｅｐｏｗｅｒｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎａｎｄｌｏｗｃｈａｒｇｉｎｇｐｏｗｅｒｉｓｓｕｅｓｉｎｌｏｗｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｏｖｅｌ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｎｖｏｌｖｅｓｑｕａｒｔｚｃｒｙｓｔａｌｓｗｉｔｈｔｈｅｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｕｓｅｓｑｕａｒｔｚｃｒｙｓｔａｌｓｔｏａｃｃｕｍｕｌａｔｅ ｔｈｅｈａｒｖｅｓｔｅｄｅｎｅｒｇｙｉｎｌｉｔｔｌｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒｅｄｉｎｔｈｅｑｕａｒｔｚｃｒｙｓｔａｌｉ