基于无源自供能电路的微型风能采集*

黄勤斌, 陈远晟, 王 舟, 王 浩

(南京理工大学 能源与动力工程学院,江苏 南京 210094)

0 引 言

传统的化学电池具有体积大、不易更换及污染环境等缺点,因此越来越多的研究人员开始研究利用风能、振动能、热能、化学能和机械能等自然能源获取能量。风能因其清洁型、蕴量大、分布广,而受到广泛关注,目前常用微型风能回收装置根据采集电能原理不同,可分为三种:压电式采集器、电磁式采集器以及静电式采集器[1～3],其中压电式采集器因结构简单、能量密度较高、不发热且不会受到电磁干扰而应用最广。压电微型风能采集是将风能变成振动能后,再通过压电效应将振动能转换为电能。压电微型风能采集器可适用于低功耗设备,因此可将其运用于偏远地区的无线传感节点等微型电子设备供电。在工业外场环境下,可以通过环境中的能源转换成电能后,直接为无线传感节点等微型电子设备供电。微型涡激振动发电系统因其结构简单而被广泛应用于微型风能回收中,但其具有固有频率过高,能量回收效率低的缺点[4]。接口电路是微型风能回收的重要一环[5],常用的能量采集电路有经典电路、同步电荷提取(synchronous electric charge extraction,SECE)电路[6]、同步开关收获电感(synchronized switch harvesting inductor,SSHI)电路[7]及双同步开关收获(double synchronized switch harvesting,DSSH)电路[8]。

本文在SSHI电路的基础上提出了一种新型自供能电路,对其回收功率进行了理论分析,并在仿真软件Multisim中进行了仿真。结果表明,与经典电路相比,其回收功率提高了300 %。

1 机电耦合模型

压电能量回收装置中力学变量和电学变量的关系可以通过机电耦合模型得到,因此,选用合适的机电耦合模型有利于计算力学与电学间的关系。……