CN108418259B - 一种微振动高效能量收集与转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种微振动高效能量收集与转换装置，属于微振动高效能量收集与转换装置技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种可以收集环境中电磁波能量，并将其转化成电能为用电器供电的微振动高效能量收集与转换装置；解决该技术问题采用的技术方案为：包括振动能量收集压电装置、多倍压整流滤波装置、能量存储装置、电压输出调节装置，所述振动能量收集压电装置的输出端与多倍压整流滤波装置相连，多倍压整流滤波装置的输出端与能量存储装置相连，所述能量存储装置的输出端与电压输出调节装置相连；本发明安装应用于传感器电源。
Description
技术领域
本发明一种微振动高效能量收集与转换装置，属于微振动高效能量收集与转换装置技术领域。
背景技术
随着物联网技术的快速发展，无线传感网络设置在各式各样的环境中，而传感器的工作需要电源提供能量，在一定环境中，传感器电源因电量问题而频繁更换是一个非常麻烦的问题，这将提高整个传感器系统的维护和运行成本，如果不能保证传感器长时间稳定的供电，由于没有设置额外的风能与太阳能等辅助电源装置，会导致整个系统停止工作；目前传感器趋向于低功耗、智能化、无源供电发展，我们身处电磁波环境中，可以考虑通过收集环境中的电磁能量来为传感器提供电源能量；即使在供电方便的环境中，收集电磁波转化为电能为传感器供电也是一种节能环保的方式，这样可以不依赖传统发电，减小或消灭火力发电对环境的影响；但目前受制于硬件限制，使用的电磁波收集与转换装置通常为大型复杂机构，成本高，不便于普及。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可以收集环境中电磁波能量，并将其转化成电能为用电器供电的微振动高效能量收集与转换装置；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种微振动高效能量收集与转换装置，包括：振动能量收集压电装置、多倍压整流滤波装置、能量存储装置、电压输出调节装置，所述振动能量收集压电装置的输出端与多倍压整流滤波装置相连，多倍压整流滤波装置的输出端与能量存储装置相连，所述能量存储装置的输出端与电压输出调节装置相连；
所述多倍压整流滤波装置的电路结构为：
所述振动能量收集压电装置的输出火线端与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端并接电感L1的一端后与电容C2的一端相连，所述电容C2的另一端依次并接二极管D1的正极，二极管D2的负极后与电容C4的一端相连，所述电容C4的另一端依次并接二极管D3的正极，二极管D4的负极，二极管D6的负极后与二极管D5的正极相连，所述二极管D6的正极与二极管D7的负极相连；
所述二极管D5的负极依次并接二极管D7的负极，有极电容C6的正极，电容C7的一端后与电感L2的一端相连，所述电感L2的另一端并接电容C8的一端后与电感L3的一端相连，所述电感L3的另一端并接电容C9的一端后与电阻R1的一端相连。
所述能量存储装置的电路结构为：
所述电阻R1的另一端依次并接稳压二极管D9的负极，电阻R2的一端，二极管D11的正极后与二极管D10的正极相连，所述电阻R2的另一端与有极电容C10的正极相连，所述二极管D10的负极并接二极管D12的正极后与电池组B1的正极相连。
所述电压输出调节装置的电路结构为：
所述二极管D12的负极依次并接二极管D11的负极，二极管D13的正极，三极管VT2的发射极后与三极管VT1的集电极相连，所述三极管VT1的发射极并接可调电阻W的一端后与负载正极输出端相连；
所述二极管D13的负极并接三极管VT2的基极后与电阻R3的一端相连，所述三极管VT2的集电极并接三极管VT1的基极后与稳压器T1的阴极相连，所述稳压器T1的参考极与可调电阻W的可调端相连；
所述振动能量收集压电装置的输出零线端依次并接电感L1的另一端，二极管D1的负极后与电容C3的一端相连，所述电容C3的另一端依次并接二极管D2的正极，二极管D3的负极后与电容C5的一端相连，所述电容C5的另一端依次并接二极管D4的正极，二极管D7的正极后与二极管D8的负极相连，所述二极管D8的正极依次并接二极管D6的正极，电容C6的负极，电容C7的另一端，电容C8的另一端，电容C9的另一端，稳压二极管D9的正极，有极电容C10的负极，电池组B1的负极，电阻R3的另一端，稳压器T1的阳极，可调电阻W的另一端后与负载负极输出端相连。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明通过使用常见的电子元器件进行连接组合，构成一个完整的电磁能量收集装置，本装置结构简单，收集转化电磁波能量效率高，因为使用能量转化供电，整个过程节能环保，输出电压稳定，性能可靠，适用的用电器类型范围广泛，并且输出的电压可根据负载需要进行调整，兼容性强。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路结构示意图；
图中：1为振动能量收集压电装置、2为多倍压整流滤波装置、3为能量存储装置、4为电压输出调节装置。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明一种微振动高效能量收集与转换装置，包括：振动能量收集压电装置1、多倍压整流滤波装置2、能量存储装置3、电压输出调节装置4，所述振动能量收集压电装置1的输出端与多倍压整流滤波装置2相连，多倍压整流滤波装置2的输出端与能量存储装置3相连，所述能量存储装置3的输出端与电压输出调节装置4相连；
所述多倍压整流滤波装置2的电路结构为：
所述振动能量收集压电装置1的输出火线端与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端并接电感L1的一端后与电容C2的一端相连，所述电容C2的另一端依次并接二极管D1的正极，二极管D2的负极后与电容C4的一端相连，所述电容C4的另一端依次并接二极管D3的正极，二极管D4的负极，二极管D6的负极后与二极管D5的正极相连，所述二极管D6的正极与二极管D7的负极相连；
所述二极管D5的负极依次并接二极管D7的负极，有极电容C6的正极，电容C7的一端后与电感L2的一端相连，所述电感L2的另一端并接电容C8的一端后与电感L3的一端相连，所述电感L3的另一端并接电容C9的一端后与电阻R1的一端相连。
所述能量存储装置3的电路结构为：
所述电阻R1的另一端依次并接稳压二极管D9的负极，电阻R2的一端，二极管D11的正极后与二极管D10的正极相连，所述电阻R2的另一端与有极电容C10的正极相连，所述二极管D10的负极并接二极管D12的正极后与电池组B1的正极相连。
所述电压输出调节装置4的电路结构为：
所述二极管D12的负极依次并接二极管D11的负极，二极管D13的正极，三极管VT2的发射极后与三极管VT1的集电极相连，所述三极管VT1的发射极并接可调电阻W的一端后与负载正极输出端相连；
所述二极管D13的负极并接三极管VT2的基极后与电阻R3的一端相连，所述三极管VT2的集电极并接三极管VT1的基极后与稳压器T1的阴极相连，所述稳压器T1的参考极与可调电阻W的可调端相连；
所述振动能量收集压电装置1的输出零线端依次并接电感L1的另一端，二极管D1的负极后与电容C3的一端相连，所述电容C3的另一端依次并接二极管D2的正极，二极管D3的负极后与电容C5的一端相连，所述电容C5的另一端依次并接二极管D4的正极，二极管D7的正极后与二极管D8的负极相连，所述二极管D8的正极依次并接二极管D6的正极，电容C6的负极，电容C7的另一端，电容C8的另一端，电容C9的另一端，稳压二极管D9的正极，有极电容C10的负极，电池组B1的负极，电阻R3的另一端，稳压器T1的阳极，可调电阻W的另一端后与负载负极输出端相连。
本发明提供一种电磁能量收集电路，可以将环境中的电磁能量转换成电能，通过多倍压整流滤波装置2、稳压二极管、存储到能量存储装置3中设置的超级电容器中，超级电容器再通过电压输出调节装置输出电压，给相应的负载提供电源，可以广泛应用于低功耗传感器网络当中作为电源使用。
本发明在具体使用时，所述振动能量收集压电装置1内部设置的电磁收集天线和超导材料可以对环境中的电磁波能量进行收集并转换成电能，设置的电容C1和电感L1组成谐振电路可以用于提高接收到的射频信号的幅值，并通过多倍压整流电路得到直流信号，再由截止频率为10HZ的滤波电路进行滤波处理，最后通过稳压二极管，给超级电容器组充电；
所述能量存储装置3在外界负荷较低时，经过多倍压整流滤波装置2输出的电能会对超级电容和电池组进行充电，当外界负荷较高时，超级电容和电池组会向外部放电，对负载供电。
所述稳压二极管的型号和规格主要根据多倍压整流滤波装置2输出电压值以及超级电容器的个数来选择；所述电压输出调节装置4使用稳压器T1的型号为TL431型稳压器，可对电容器及电池组放点电压进行稳压调节，并可通过调整可变电阻W的阻值来调整输出电压的大小。
本发明中使用的各元器件参数或型号信息如下：电阻R1=1kΩ，电阻R2=1.5KΩ，电阻R3=10KΩ，可变电阻W=47KΩ；
电容C1=C2=C3=C4=C5=100pF；
二极管D1-D8采用高频整流二极管，型号为1N5408；
二极管D9采用稳压二极管，型号为1N5383B；
二极管D10、D11、D12采用低频二极管，型号为1N5817；
三极管VT1采用NPN型三极管，型号为C3856；
三极管VT2采用PNP型三极管，型号为2SA733。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (1)
1.一种微振动高效能量收集与转换装置，其特征在于：包括：振动能量收集压电装置（1）、多倍压整流滤波装置（2）、能量存储装置（3）、电压输出调节装置（4），所述振动能量收集压电装置（1）的输出端与多倍压整流滤波装置（2）相连，多倍压整流滤波装置（2）的输出端与能量存储装置（3）相连，所述能量存储装置（3）的输出端与电压输出调节装置（4）相连；
所述振动能量收集压电装置（1）内部设置有用于对环境中的电磁波能量进行收集并转换成电能的电磁收集天线和超导材料；
所述多倍压整流滤波装置（2）的电路结构为：
所述振动能量收集压电装置（1）的输出火线端与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端并接电感L1的一端后与电容C2的一端相连，所述电容C2的另一端依次并接二极管D1的正极，二极管D2的负极后与电容C4的一端相连，所述电容C4的另一端依次并接二极管D3的正极，二极管D4的负极，二极管D6的负极后与二极管D5的正极相连，所述二极管D6的正极与二极管D8的正极相连；
所述二极管D5的负极依次并接二极管D7的负极，有极电容C6的正极，电容C7的一端后与电感L2的一端相连，所述电感L2的另一端并接电容C8的一端后与电感L3的一端相连，所述电感L3的另一端并接电容C9的一端后与电阻R1的一端相连；
所述能量存储装置（3）的电路结构为：
所述电阻R1的另一端依次并接稳压二极管D9的负极，电阻R2的一端，二极管D11的正极后与二极管D10的正极相连，所述电阻R2的另一端与有极电容C10的正极相连，所述二极管D10的负极并接二极管D12的正极后与电池组B1的正极相连；
所述电压输出调节装置（4）的电路结构为：
所述二极管D12的负极依次并接二极管D11的负极，二极管D13的正极，三极管VT2的发射极后与三极管VT1的集电极相连，所述三极管VT1的发射极并接可调电阻W的一端后与负载正极输出端相连；
所述二极管D13的负极并接三极管VT2的基极后与电阻R3的一端相连，所述三极管VT2的集电极并接三极管VT1的基极后与稳压器T1的阴极相连，所述稳压器T1的参考极与可调电阻W的可调端相连；
所述振动能量收集压电装置（1）的输出零线端依次并接电感L1的另一端，二极管D1的负极后与电容C3的一端相连，所述电容C3的另一端依次并接二极管D2的正极，二极管D3的负极后与电容C5的一端相连，所述电容C5的另一端依次并接二极管D4的正极，二极管D7的正极后与二极管D8的负极相连，所述二极管D8的正极依次并接二极管D6的正极，电容C6的负极，电容C7的另一端，电容C8的另一端，电容C9的另一端，稳压二极管D9的正极，有极电容C10的负极，电池组B1的负极，电阻R3的另一端，稳压器T1的阳极，可调电阻W的另一端后与负载负极输出端相连；
所述电压输出调节装置4使用稳压器T1的型号为TL431型稳压器，可对电容器及电池组放电电压进行稳压调节，并可通过调整可变电阻W的阻值来调整输出电压的大小；
本装置中使用的各元器件参数或型号信息如下：电阻R1=1kΩ，电阻R2=1.5KΩ，电阻R3=10KΩ，可变电阻W=47KΩ；
电容C1=C2=C3=C4=C5=100pF；
二极管D1-D8采用高频整流二极管，型号为1N5408；
二极管D9采用稳压二极管，型号为1N5383B；
二极管D10、D11、D12采用低频二极管，型号为1N5817；
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|---|---|---|---|---|
| CN113037105B (zh) * | 2021-04-30 | 2022-05-17 | 华中科技大学 | 一种基于振动能量的供电装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102170247A (zh) * | 2011-04-25 | 2011-08-31 | 中北大学 | 压电-磁电复合式振动驱动微能源装置的能量采集电路 |
| CN102868193A (zh) * | 2012-09-12 | 2013-01-09 | 江苏大学 | 无线传感器网络节点太阳能供电电路 |
| CN103326436A (zh) * | 2013-06-26 | 2013-09-25 | 广东惠利普路桥信息工程有限公司 | 一种道路震动发电装置 |
| CN104124879A (zh) * | 2014-07-01 | 2014-10-29 | 南京航空航天大学 | 一种振动能量回收接口电路及其控制方法 |
| CN205287550U (zh) * | 2015-12-10 | 2016-06-08 | 山东科技大学 | 一种利用振动能量压电发电的塑胶篮球场 |
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| CN102868193A (zh) * | 2012-09-12 | 2013-01-09 | 江苏大学 | 无线传感器网络节点太阳能供电电路 |
| CN103326436A (zh) * | 2013-06-26 | 2013-09-25 | 广东惠利普路桥信息工程有限公司 | 一种道路震动发电装置 |
| CN104124879A (zh) * | 2014-07-01 | 2014-10-29 | 南京航空航天大学 | 一种振动能量回收接口电路及其控制方法 |
| CN205287550U (zh) * | 2015-12-10 | 2016-06-08 | 山东科技大学 | 一种利用振动能量压电发电的塑胶篮球场 |
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