宽频带微型压电式振动发电机的设计

针对压电式振动发电机频带宽度过窄的问题,设计了多悬臂梁-单质量块结构的微型压电式振动发电机。建立了多悬臂梁-单质量块结构微型压电式振动发电机的仿真模型,分析了微型发电机的谐振频率与结构参数的关系、输出电压与结构频率的关系等性能参数。组装了多悬臂梁-单质量块结构发电机实验模型,实验结果表明,设计的多悬臂梁-单质量块结构微型发电机在振动频率为113Hz～155Hz的环境中可以有效地将振动能转换为电能,在频带范围内最小输出功率37.56μW,最大输出功率155.71μW,发电机的频带宽度扩展到42Hz。     

自行发电储能多功能焊机的研制

本文主要是发电储能多功能焊机的机构设计.采用三相桥式整流电路,且为接触式引弧方式.在这套电路中,主要包括主电路、触发电路、控制电路.主电路采用二极管组成的三相桥式整流电路,其电路具有电路简单,使用元件少,调整方便的特点;触发电路是由三极管组成的电路;控制电路是采用单运放组成的电压比较器,通过主电路中的给定电压,同控制电路中的可调电阻的分压值比较,实现人工手摇经三相桥式整流对电容充电电压的控制.以电容充电获得的能量作为焊接能源,对储能电容进行充电焊接时利用功率器件放放电实现焊接.     

一种适用于非连续工作状态的脉冲功率激励源

提出了一种应用于非连续工作状态的脉冲功率激励源的设计方案,该方案以功率场效应管为开关器件构成全桥功率放大电路,采用储能电容压缩能量提高功率,基于幅相调制方法调节输出功率,具有频率范围广、输出效率高和输出功率调节方便的特点,解决了仪器供电电源输出电流有限和要求激励源大功率输出之间的矛盾.     

一种新型磁电自供电无线传感器供能电路研究

采用矩形杆式磁电复合换能器的双发电单元作为主发电源和辅助发电源,设计了一种电能瞬间放电电路.该电路能够将换能器主发电源采集的能量存储并瞬间释放,提高储能电容的输出功率,而辅助发电源则用来驱动管理电路控制放电电路工作.实验结果表明:当储能电容器中的电能积累到一定程度,管理电路控制电能瞬间放电电路放电,驱动无线传感器工作.     

红外气体传感器中光源恒功率控制电路的设计

为了提高红外气体传感器中光源输出功率的稳定性,设计了一种恒功率控制电路。该电路运用功率监视器,通过三极管和运算放大器的反馈调节,保持光源输出功率恒定。实验结果表明:该电路弥补了光源损耗和光源器件的分散性,使红外气体传感器产品的可靠性和一致性得到提高。     

超低启动阈值自供电SECE电源管理电路

压电换能器通常输出微弱,使用辅助电源的自供电控制电路功耗大,其电源管理电路启动阈值高,启动速度慢,转换效率低.对同步电荷提取(SECE)电路进行建模和理论推导,提出了一种间歇性自供电控制电路原理.根据SECE电路输出的最大功率点,间歇性地给控制电路非常短时间供电,并解决了间歇供电易造成逻辑混乱的问题,大幅度减小自供电电路的功耗,提高电路的效率,电路在极低输入功率下也能快速启动.实验结果表明,在压电换能器输出21 Hz、3.6 V电压时,控制电路功耗低至0.19 μW,是常规控制电路总功耗的1/134;管理电路的启动功率阈值仅为0.39 μW,低于通常电路的1/14.该控制电路的工作原理也适用于其他容性内阻换能器的微弱能量采集和高效管理电路.     

悬臂梁压电式振动发电机材料性能优化研究

具有高能量密度的微型压电振动发电机可以无限、持续地为无线传感器网络提供能量。为了提高有限体积悬臂梁压电式振动发电机的发电能力,通过力学模型及有限元仿真分析了单晶片型式、双晶片并联型式和双晶片串联型式压电振动发电机的材料参数与输出电压及固有频率之间的关系。结果表明,在低频工作环境下,应优先选择PZT-4、PZT-5A、PZT-5H的压电材料和不锈钢、镍合金的基板材料。     

一种基于压电俘能器供电的温度测量系统设计

物联网时代传感器节点往往分布广泛,且有时传感器节点放置位置不易触及,电池能量一旦用尽不易更换,该传感器节点就无法正常工作。为此,该文设计了一种基于压电振子振动能量供电的微功耗温度测量系统,该系统利用压电振动能量收集装置将环境中存在的低频振动能量转换为电能并收集存储,并为设计的微功耗温度测量系统供电从而实现温度信号采集和发送。提出了一种基于干簧管的能量采集电路,其采集效率是标准能量采集电路的32倍,最后通过试验验证了该系统的可行性与准确性。     

一种振动自供能无线传感器的电源管理电路

针对振动能量采集器的输出功率过低不足以直接驱动无线传感器的问题,设计了振动自供能无线传感器的电源管理电路,根据调谐和阻抗变换原理对能量采集器进行了阻抗匹配,以最大功率对储能超级电容进行充电,对能量存储和电源管理电路的充放电特性进行了理论分析和实验验证。结果表明,该电路大幅度提高了采集器的输出功率和对储能超级电容充电的效率,当0.47 F超级电容电压达到0.6 V时,能量瞬间释放电路控制超级电容瞬间放电,成功驱动最大功耗为75 mW的无线传感器工作。     

1300W晶体管全桥变换器电源的分析和设计

向大型电子计算机供电的直流稳压电源,需要输出几百安培电流。这种电源的电路方案有多种选择:如中频交流稳压的多相整流电路;开关电源并联应用等。但随着大功率开关器件的发展,单台开关电源的容量也不断扩大。这样,开关电源单位输出功率的元器件数就越来越少。国外现已看到1500W输出的商品广告。我们采用国外功率器件,研制了1300W(-5.2V,250A)输出的晶体管全桥变换器开关电源,其工作频率为25千赫芝,是脉宽调制式的直流—直流变换器。它由高压整流滤波器、功率变换桥、驱动器、主功率变压器、低压整     

基于自适应并联电感同步开关控制的压电能量俘获电路设计

并联电感同步开关（P-SSHI）电路可以提高压电能量俘获能力,但其能量俘获效率受到开关控制精准性、整流电路导通压降等因素的影响。因此,本文提出了一种将超低压降有源整流与自适应P-SSHI结构相结合的高效压电能量俘获电路。其中,超低压降有源整流的上半桥采用交叉耦合被动开关的PMOS对管结构,下半桥则采用有源电路控制开关的NMOS对管结构,从而有效地降低了整流电路的导通压降。为进一步提高电路的压电俘获效率,本文采用自适应同步开关控制的P-SSHI结构以提高开关控制的精准性。该结构通过对整流电路中的电流进行过零检测确定同步开关的闭合时刻,对L-C振荡回路中的电流进行过零检测确定同步开关的断开时刻。实验结果表明,所提电路可以实现同步开关的自适应控制,并可有效提高压电能量俘获电路的整体效率。与全桥整流电路相比,本文所提电路可将输出功率提高到235%。     

压电传感器信号调理及输出芯片设计

为了提高压电传感器测量系统的集成度,采用1μm高压双极—互补金属氧化物半导体—双重扩散金属氧化物半导体(BCD)工艺,设计了一种适用于压电传感器的信号调理及输出芯片.集成了电压放大型阻抗变换电路、可调增益放大电路、二线制电流输出电路.仿真结果表明:芯片具有输入阻抗高,单位增益带宽大,总增益可调范围广等特点,在12~24 V宽供电范围下可正常工作,耗电仅为3.1 mA.     

基于PIC单片机的随钻声波测井仪电源管理设计

为了保证随钻声波测井仪在井下长时间高效率工作,需要对电源管理板进行高效管理。根据随钻声波测井仪电子系统的供电特点设计了电源管理控制电路,低功耗微处理器PIC单片机根据随钻测量系统的指令对电源电路开关阵列进行控制,通过CAN-UART对主控板进行工作参数下发,利用实时钟电路提供的时间信息完成对井深和井下存储数据的映射,实现对随钻测井仪间歇式定时工作目的。实验测试结果表明,电源控制电路功耗为0.116 W,开关通断时间为微秒级,输出电压稳定。经实际应用满足了随钻声波测井仪的实际工作需求。     

智能气体流量计若干关键技术的研究

为了实时监测气体的流速和流量,本文设计了以MXP430F149为控制核心,存储器、时钟、温度压力检测模块、双电源供电模块、液晶显示模块等模块为外围电路的硬件系统。该系统使用双电源供电,能满足不同应用场合的用户需求,而且降低厂系统功耗。并提出了一种降低液晶显示器功耗的解决方案。设计4mA-20mA信号输出模块,提高了系统的精度和抗干扰能力,且输出公式的片内计算,以及功能模块开关的可编程,提高了系统的通用性。     

A new energy harvest system with a hula-hoop transformer, micro-generator and interface energy-harvesting circuit

This study presents a synthesis of a new energy harvest system that consists of a hula-hoop transformer, a micro-generator and an interface energy harvest circuit. The hula-hoop transformer mainly comprises a main mass sprung in one translational direction and a free-moving mass attached at one end of a rod, the other end of which is hinged onto the main mass. The transformer is capable of transforming linear reciprocating motions to rotary ones based on the concepts similar to the hula hoop motions. The transformer is subsequently integrated with a miniaturized rotary generator in size of 10?×?10?×?2?mm³ and its compact energy harvest circuit chip. The designed generator consists of patterned planar copper coils and a multi-polar hard magnet ring made of NdFeB. The genetic algorithm (GA) is next applied to optimize the critical dimensions of the miniaturized generator. The optimized generator offers 4.5 volt and 7.23?mW in rms at 10,000?rpm. With micro-generator successfully fabricated, a novel energy harvest circuit employing a new dual phase charge pump, power management circuit, a low dropout regulator and battery charger is designed and fabricated via the 0.35???m process. This charge pump circuit owns the merit of automatic conversion of low-power AC signals by the micro-generator to DC ones. Experiments were conducted to show the favorable performance of the proposed energy harvest system. This is the first work that invents a motion transformer from ubiquitous reciprocating to rotational motions. In this way, higher-efficient energy conversion via compact-sized rotational electromagnetic generators can be realized as opposed to popular piezoelectric structures.     

不平衡供电下PWM整流器输出电压稳定控制

针对电网供电电压不平衡造成PWM整流器输出功率波动的问题,分析了三相电压型PWM整流器在不平衡供电电压下的瞬时输出功率模型,设计了输出有功、无功功率的二次谐波补偿环节,提出一种三相PWM整流器输出电压稳定控制策略.控制系统运行时不包含正、负序分解过程,能够有效抑制整流器输出有功、无功功率二次谐波,实现直流母线电压的稳定输出.仿真和实验结果证明了控制策略的有效性.     

A novel rectifying circuit for microwave power harvesting system

Many researchers continue to look for novel means to harvest energy and generate power using existing sources thus eradicating the need of batteries and power supplies which only add up to the cost of the system. A rectifier is the main component in energy harvesting circuits as it converts RF energy from available sources to DC power. This article aimed at developing a novel rectifying circuit to be used in harvesting applications at a frequency of 900 MHz. Besides, it is also aimed to enhance the output voltage of Cockcroft Walton rectifier circuit and Dickson rectifier. The design is built by integrating the Cockcroft Walton rectifier, arranged in series, with the Dickson rectifier, arranged in parallel. A Schottky diode HSMS 285C is selected for designing the rectifiers circuit. A simulation of the circuit was optimized utilizing ADS 2009. The rectifiers had been fabricated on an RT/Duroid 5880 (RO5880) printed circuit board (PCB) substrate with a dielectric constant and loss tangent of 2.2 and 0.0009, respectively. Simulation and experimental results show great output thresholds for the three models. The novel rectifier had the highest efficiency and output voltage.     

嵌入式电子节能控制器的设计与实现

节能控制能够有效降低能耗,对保护环境等方面具有重要影响;但目前大多数电子节能控制器都是通过采用单片机技术和双向晶闸管过零触发交流调压电路对电子节能控制器进行设计;通过介绍电子的负荷特点和节能原理,分析电子节能控制器的硬件组成电路,并对电子节能控制器的主要软件程序的流程图进行设计,完成电子节能控制器设计;但这种方法节能控制效果较低,难以保证电子节能控制器性能,为此,提出一种基于模糊PID控制的嵌入式电子节能控制器设计与实现方法;首先通过对嵌入式电子节能控制器的处理器、电源电路、复位电路、系统时钟电路、JTAG接口电路、D/A转换电路、功放电路、双极性电源电路以及嵌入式电子节能控制器硬件PCB板器件布局等的设计,完成嵌入式电子节能控制器硬件设计;在此基础上,选用模糊PID控制方法对嵌入式电子节能控制器进行设计;通过分析模糊PID控制原理,介绍加入自调节因子的模糊PID控制的算法设计,以此确定输入输出隶属度函数,再利用模糊推理和模糊规则,得到电子节能控制器的模糊控制过程,从而完成嵌入式电子节能控制器的设计;实验证明,所提方法能够有效提高嵌入式电子节能控制器的节能控制效果,具有良好的使用价值。     

基于湿度控制的室内空气净化器高压电源设计

分析了环境湿度大小对高压电使用的影响,设计了一种基于湿度控制的静电式空气净化器高压电源,采用微功率非隔离方式实现AC-DC转换,经过自激推挽式DC-AC升压电路和倍压整流电路获得两路高压输出,通过PIC单片机控制数字电位器X9241控制电压输出。实现了220 V交流电输入,两路电压为5 kV和10 kV的高压输出,并依据采集到的环境湿度信息,自动调节输出电压大小。经试验测试表明,该电源输出电压可控性好、体积小、成本低、功耗低,有效保证了电源在不同湿度环境中的使用安全。