CN111684701A - 获取电能的装置以及具有这种装置的能量发生器 - Google Patents

获取电能的装置以及具有这种装置的能量发生器 Download PDF

Info

Publication number
CN111684701A
CN111684701A CN201980011995.2A CN201980011995A CN111684701A CN 111684701 A CN111684701 A CN 111684701A CN 201980011995 A CN201980011995 A CN 201980011995A CN 111684701 A CN111684701 A CN 111684701A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
capacitor
energy
node
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980011995.2A
Other languages
English (en)
Inventor
迈哈迈德·舒沙
马丁·哈伍德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuerth Elektronik Eisos GmbH and Co KG
Original Assignee
Wuerth Elektronik Eisos GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuerth Elektronik Eisos GmbH and Co KG filed Critical Wuerth Elektronik Eisos GmbH and Co KG
Publication of CN111684701A publication Critical patent/CN111684701A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/001—Energy harvesting or scavenging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

一种用于获取电能的装置(3)，其包括整流器(9)和控制装置(10)。所述整流器(9)包括第一充电电路和第二充电电路，所述第一充电电路用于从所述能量获取器(2)的正电压中获取能量，第二充电电路用于从所述能量获取器(2)的负电压中获取能量。所述充电电路具有共用的线圈(L)和共用的电子开关(13)。此外，每个所述充电电路具有电容器(Cp，Cn)和闭锁元件(Dp，Dn)。通过所述充电电路共同使用所述线圈(L)，所述装置(3)简单且紧凑地构造。此外基于所述单级的交流‑直流‑转换并且基于所述控制装置(10)的最大功率点跟踪功能高效地获取能量。

Description

获取电能的装置以及具有这种装置的能量发生器
本专利申请请求德国专利申请DE 10 2018 201 925.8的优先权，其内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种获取电能的装置以及具有这种装置的能量发生器。
背景技术
能量获取是指从移动电气装置环境的电源中获取少量电能，例如从振动或运动中获取。相应的能量获取器(Energy Harvester)，例如压电发电机或电磁能量获取器，提供交变极性(交流电压)的低电压，从中获得尽可能高效的电能并且使之能够得到利用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种简单且紧凑的装置，其能够以有效且可靠的方式获取电能。该装置尤其应该能够从毫伏范围内的极低电压中进行电能的有效获取。
通过一种具有权利要求1特征的装置来实现该目的。整流器具有：第一充电电路，用于从能量获取器的施加到输入端子的正电压中获取能量；以及第二充电电路，用于从能量获取器的施加到输入端子的负电压中获取能量，所述电路具有共用线圈和共用电子开关。在施加正电压时，电子开关在第一开关状态下闭合，使得线圈由于施加的正电压和流过线圈的电流而存储能量。第一闭锁元件在第一开关状态下防止第一电容器充电。第一闭锁元件尤其设计为二极管。在随后的第二开关状态中，电子开关打开，使得第一电容器借助存储在线圈中的能量充电。第一闭锁元件允许在第二开关状态下充电电流从线圈流到第一电容器。在施加负电压时，电子开关在第一开关状态下闭合，使得线圈由于施加的负电压和流过线圈的电流而存储能量。第二闭锁元件在第一开关状态下防止第二电容器充电。第二闭锁元件尤其设计为二极管。在随后的第二开关状态中，电子开关打开，使得第二电容器借助存储在线圈中的能量充电。第二闭锁元件允许在第二开关状态下充电电流从线圈流到第二电容器。
由于整流器仅具有唯一一个线圈并且线圈在由充电电路施加正电压和施加负电压时是共用的，所以整流器简单并且紧凑地构造。装置的成本主要取决于由共用线圈所限定的磁体积。整流器具有恰好一个线圈，从而磁体积限于这唯一一个线圈的体积，进而使得装置的成本相对较低。此外所施加的交流电压(AC电压)在唯一一个步骤中转换为极性相同的电压或直流电压(DC电压)，进而使得电能有效且可靠地获取。输入端子并不直接与整流器的二极管连接，进而使得由能量获取器提供的极低电压也能够以简单有效的方式进行整流并且得以利用。整流器尤其构成为降压-升压转换器(Buck-Boost-Converter)。
电子开关由这些充电电路共用并以相应的方式使用。电子开关具有至少一个电子开关元件。该至少一个电子开关元件尤其构成为MOSFET，优选构成为自闭锁n沟道MOSFET。第一开关状态和随后的第二开关状态在时间周期TS上延续。TS＝1/fS适用于时间周期TS，其中fS表示控制装置的开关频率。各个第一开关状态具有时间D·TS，并且分别相关联的各个第二开关状态具有时间(1-D)·TS，其中D表示占空比或占空因数(Duty cycle)。
根据权利要求2所述的装置确保了简单紧凑的构造以及能量的有效获取。由线圈和电子开关构成的串联电路与输入端子连接。当电子开关闭合时，由线圈和电子开关构成的串联电路与连接到输入端子上的能量获取器一起构成网眼。进而电流基于施加到输入端子上的电压而流经线圈，进而使得能量借助于线圈进行存储。在随后的第二开关状态中，电子开关打开，使得线圈与输入端子之一的连接由于串联电路而断开并且进而网眼也中断。从而在第二开关状态下第一电容器或第二电容器得以充电。优选地，线圈与第一输入端子和电子开关连接，并且电子开关与第二输入端子连接。
根据权利要求3所述的装置确保了高可靠性和高效率。通过两个电子开关元件串联连接，避免了寄生电流和由此所引起的损耗。两个电子开关元件尤其背对背地设置。由此避免了寄生电流引起的损耗和故障。寄生电流尤其由反相二极管(体二极管Body-Dioden)引起。由于背对背布置，反相二极管具有不同的闭锁方向。电子开关元件选自场效应晶体管(n沟道或p沟道)和双极晶体管(MPM或PMP)。电子开关元件优选构成为MOSFET，尤其是n沟道MOSFET。
根据权利要求4所述的装置确保了简单构造和高可靠性。电子开关具有至少一个电子开关元件，其具有相关的寄生反相二极管。寄生反相二极管在整流器启动期间用于向控制装置提供电能。对此，控制装置的供电电路连接到整流器，使得线圈、电容器之一、供电电路和寄生反相二极管与连接到输入端子的能量获取器一起构成网眼。通过此网眼，即通过寄生反相二极管，供电电路借助施加到输入端子上的电压和/或电能存储器的电压充电，使得通过供电电路提供供电电压，以产生控制信号。供电电路尤其与输出端子之一以及电子开关元件的端子连接。优选地供电电路与第二输出端子和构成为MOSFET的电子开关元件的源极端子连接。电子开关元件的漏极端子优选地与第二输入端子连接。
根据权利要求5所述的装置确保了高可靠性和高效率。电子开关元件串联连接并具有背对背布置，使得寄生反相二极管具有相反的闭锁方向。通过布置开关元件，进而确保不仅施加负电压时而且施加正电压时至少一个反相二极管闭锁。寄生电流并由此引起的损失进而得以避免。优选地，串联连接的电子开关元件之间的连接构成控制装置的参考电势(接地)，使得电子开关元件基于所定义的参考电势能够简单地进行控制。电子开关元件优选地构成为MOSFET，其与源极端子连接并以这种方式串联连接。源极端子优选地与控制装置的供电电路连接，其中在此构成的节点形成参考节点并且连接到参考电势(接地)。电子开关元件的串联电路尤其与线圈和第二输入端子连接。连接到第二输入端子的电子开关元件的反相二极管尤其具有流通方向，该流通方向指向第二输入端子。
根据权利要求6所述的装置确保了简单紧凑的构造和能量的有效获取。当将正电压施加到输入端子时，线圈、第一电容器和第一闭锁元件在第二开关状态下构成第一网眼，使得在第一开关状态下存储在线圈中的能量从线圈传递到第一电容器。第一闭锁元件在第二开关状态下允许电流从线圈流到第一电容器。
根据权利要求7所述的装置确保了简单紧凑的构造和能量的有效获取。当将负电压施加到输入端子时，线圈、第二电容器和第二闭锁元件在第二开关状态下构成第二网眼，使得在第一开关状态下存储在线圈中的能量从线圈传递到第二电容器。第二闭锁元件允许在第二开关状态中电流从线圈流到第二电容器。
根据权利要求8所述的装置确保了简单紧凑的构造。由于第一闭锁元件和第二闭锁元件相对于线圈具有不同的流通方向或不同的闭锁方向，因此整流器能够以简单的方式在第一充电电路和第二充电电路之间进行切换。在电子开关打开时，借助闭锁元件，电流要么流经第一网眼，要么流经第二网眼，第一网眼包括线圈、第一闭锁元件和第一电容器，第二网眼包括线圈、第二闭锁元件和第二电容器。闭锁元件优选构成为二极管。第一闭锁元件尤其与第一输入端子和第一输出端子连接，使得电流能够从线圈流到第一电容器。第二闭锁元件尤其与第一输入端子和第二输出端子连接，使得电流能够从线圈流到第二电容器。
根据权利要求9所述的装置确保能量的有效获取。当将正电压施加到输入端子时，第一电容器充电，而将负电压施加到输入端子时，第二电容器充电，使得即使施加到输入端子上的电压极低，在输出端子处也提供相对高的输出电压。
根据权利要求10所述的装置确保了简单紧凑的构造。能量获取器连接到输入端子上并向它们提供电压或输入电压。在输出端子处提供输出电压，借助输出电压能够运行消耗器或负载。中央充电电路节点能够简单地在第一开关状态下将电能存储在线圈中并且在随后的第二开关状态下借助在线圈中存储的电能给电容器之一充电，在该中央充电电路节点上连着恰好一个或唯一一个线圈、电子开关和电容器。借助电子开关在开关状态之间进行切换。借助闭锁元件在施加正电压时的第一充电电路和在施加负电压时的第二充电电路之间进行选择。当闭锁元件构成为二极管时，尤其自动地进行选择。
根据权利要求11所述的装置确保了有效和可靠的能量获取。电能存储器借助于电容器充电并存储获取的电能。借助电能存储器，即使电容器未充电，该装置也在输出端提供输出电压。此外，借助电能存储器稳定输出电压。电能存储器优选地与输出端子连接。通过在电能存储器中存储或临时存储消耗器或负载不需要的电能，简单且有效地使用所获取的能量。
根据权利要求12所述的装置确保能量的可靠获取。通过在输出端子连接电压调节器，向消耗器或负载提供相对恒定的电压。如果电能存储器没有连接到输出端子，则电压调节器尤其是有利的。输出端子的输出电压由于电容器的充电状态的变化而波动，所以电压调节器有利于稳定输出电压。电压调节器尤其包括直流变压器(DC-DC转换器)，其输出侧电压被调节。为此，直流变压器是电压调节电路的一部分，电压调节电路将输出侧的电压与目标电压进行比较，并将目标电压和输出侧电压之间的电压偏差馈送给调节器，调节器控制直流变压器以调节电压偏差。调节器例如构成为PID调节器。
根据权利要求13所述的装置确保可靠和有效的能量获取。借助供电电路，可靠地向控制电路提供供电电压。供电电路尤其设计成，使得供电电压尽可能恒定。供电电路优选连接在输出端子之一上并与电子开关连接。供电电路尤其连接到第二输出端子上并与电子开关的两个电子开关元件的连接相连接。在此构成的节点用作参考节点并为控制电路提供参考电势。供电电压用作控制电路的输入电压。控制电路设计成，使得进行所谓的最大功率点跟踪(MPPT)，进而使得能量获取得以优化或最大化。为此，控制电路调节占空比D，使得在输入端子上的输入阻抗基本上对应能量获取器的内部电阻并且输入阻抗基本上是纯电阻性的，进而使得在输入端子上的电压和相关的电流大致同相。
根据权利要求14所述的装置简单确保可靠和有效的能量获取。至少一个充电泵形成供电电路，供电电路用于为控制电路提供供电电压。优选地，如果整流器包括电能存储器，那么控制装置具有恰好一个充电泵。充电泵尤其单级地构成。优选地，如果整流器不包括电能存储器，那么控制装置恰好具有两个充电泵。恰好两个充电泵尤其构成为辅助充电泵和主充电泵，其中辅助充电泵用于启动主充电泵。
根据权利要求15所述的装置确保了简单的构造和可靠且有效的能量获取。充电泵尤其单级地构成。优选地，充电泵恰好具有一个二极管和恰好一个电容器。优选地，二极管与第二输出端子和电容器连接，并且电容器与参考节点连接，参考节点在电子开关的两个电子开关元件之间构成。参考节点尤其具有用于控制电路的参考电势。二极管允许电流从第二输出端子流到参考节点。当整流器不具有电能存储器时，充电泵尤其形成主充电泵。
根据权利要求16所述的装置确保了简单的构造和可靠且有效的能量获取。当将电压施加到输入端子时，充电泵、线圈、电容器之一和电子开关元件之一的反相二极管连同连接到输入端子的能量获取器一起构成网眼，网眼能够启动充电泵。通过启动充电泵，提供供电电压，供电电压能够控制电子开关或电子开关元件。进而该装置可简单可靠地运行。优选地，节点形成参考节点，该参考节点具有用于控制电路的参考电势，以产生控制信号。优选地，充电泵与第二输出端子连接，并且电子开关与线圈和第二输入端子连接。如果整流器不具有电能存储器，则充电泵形成主充电泵。
根据权利要求17所述的装置确保了简单的构造和可靠且有效的能量获取。充电泵能够可靠地启动控制装置并可靠地产生控制信号以控制电子开关。充电泵尤其形成辅助充电泵，辅助充电泵能够启动主充电泵并提供充电电压。当整流器不具有电能存储器时，那么充电泵是尤其有利的。
根据权利要求18所述的装置能够可靠且有效地获取能量。辅助充电泵用于启动主电荷泵，主电荷泵提供用于控制电子开关的充电电压。辅助充电泵尤其构成为无源单级Villard充电泵。主充电泵优选单级地构成并且包括由二极管和电容器构成的串联电路。辅助充电泵与主充电泵连接，使得借助于辅助充电泵给主充电泵的电容器充电。为此，辅助充电泵尤其与第一节点连接，该第一节点构成在二极管和主充电泵的电容器之间。
根据权利要求19所述的装置确保了简单的构造和可靠且有效的能量获取。充电泵构成为无源单级Villard充电泵。充电泵尤其形成辅助充电泵，辅助充电泵与主充电泵连接。为此，第四二极管连接到第一二极管和第三电容器之间的连接上，即连接到第一节点上。在施加负电压时，则第四电容器经由第二二极管充电。为此，第二二极管允许电流从第二输入端子流到第一输入端子。在将正电压施加到输入端子时，第四电容器经由第三二极管放电，并给第五电容器充电。为此，第三二极管允许电流从第二节点流到第三节点。通过对第五电容器充电，第三节点处的电压基本上等于输入端子处的最大电压的两倍。经由第四二极管对主充电泵的第三电容器进行充电，使得给第三电容器提供供电电压。为此，第四二极管允许电流从第五电容器流到第三电容器。
根据权利要求20所述的装置确保了简单的构造和可靠的能量获取。欧姆电阻简化了供电电路的启动并进而简化了借助于控制电路用于控制电子开关的供电电压的供应。供电电路连接到第二输出端子上，使得第二电容器在启动供电电路时得以充电。如果整流器具有电能存储器，那么电能存储器的电压主要施加到第一电容器上，而经由第二电容器的电压是低的。经由欧姆电阻，第一电容器上的电压和第二电容器上的电压之间的电压差减小，使得供电电路和控制电路能够安全地运行。为了避免损失，欧姆电阻优选选择高阻抗。
根据权利要求21所述的装置确保在向输入端子施加正电压时有效且可靠的能量获取。电子开关元件用于在第一开关状态和随后的第二开关状态之间进行切换。在第一开关状态中，借助于施加到输入端子的正电压将电能存储在线圈中。为此，电子开关元件在第一开关状态下闭合。在随后的第二开关状态中，借助于存储的电能对第一电容器充电。电气开关元件被同步地控制。第一开关序列在时间周期TS上延续。TS＝1/fS适用于周期TS，其中fS表示控制装置的开关频率。第一开关状态具有时间D·TS，并且第二开关状态具有时间(1-D)·TS，其中D表示占空比或占空因数(Duty cycle)。优选地，借助占空比D将输入阻抗设置在输入端上。占空比D表示第一开关状态的时间占开关状态的总时间(即时间周期TS)的比例。
根据权利要求22所述的装置确保在向输入端子施加负电压时有效且可靠的能量获取。电子开关元件用于在第一开关状态和随后的第二开关状态之间进行切换。在第一开关状态中，借助于施加到输入端子的负电压将电能存储在线圈中。为此，电子开关元件在第一开关状态下闭合。在随后的第二开关状态中，借助于存储的电能对第二电容器充电。电气开关元件同步进行控制。第一开关序列在时间周期TS上延伸。TS＝1/fS适用于时间周期TS，其中fS表示控制装置的开关频率。第一开关状态具有持续时间D·TS，第二开关状态具有持续时间(1-D)·TS，其中D表示占空比或占空因数(Duty cycle)。优选地，借助占空比D在输入端子处设置输入阻抗。占空比D表示第一开关状态的时间占开关状态的总时间的比例，即相对于时间周期TS。
根据权利要求23所述的装置确保可靠和有效的能量获取。控制电路简单地进行所谓的最大功率点跟踪(MPPT)，并因而将获取的电能优化或最大化。通过比较器实现受控的脉冲宽度调制(开环脉冲宽度调制)。第一比较器和/或第二比较器利用供电电压运行，供电电压由供电电路提供。通过适宜地选择欧姆电阻和/或比较器的电容器简单进行如下调整，使得输入阻抗基本上等于能量获取器的内部电阻，从而借助锯齿波电压产生锯齿波电压并且产生控制信号。输入端子的输入阻抗可借助于占空比D(Duty cycle)进行调整。占空比D表示第一开关状态的时间占开关状态的总时间(即时间周期TS)的比例。第二比较器将锯齿波电压尤其与比较电压进行比较，该比较电压由分压器提供，供电电压施加在分压器上。分压器优选构成为纯欧姆的并且包括两个欧姆电阻。
根据权利要求24所述的装置确保有效的能量获取。输入阻抗与能量获取器的阻抗或内阻匹配，使得获取的电能优化或最大化。换句话说，调节输入阻抗，使得施加到输入端子的电压和相关电流基本上同相。进而进行最大功率点跟踪(MPPT)。输入阻抗借助占空比D(Duty cycle)进行调节。占空比D表示第一开关状态的时间与占第一开关状态和随后的第二开关状态的总时间(即时间周期TS)的比例。
本发明的目的还在于提供一种简单且紧凑构造的能量发生器，能量发生器能以有效且可靠地获取电能。能量发生器尤其能够从毫伏范围内的极低电压中实现电能的有效获取。
通过具有权利要求25特征的能量发生器实现该目的。能量发生器的优点相当于本发明的用于获取电能的装置的已述优点。能量发生器例如是压电能量发生器或压电发电机和/或电磁能量发生器。优选地，能量发生器是电磁能量发生器(EMEH：Electro-MagneticEnergy Harvester)。电磁能量发生器提供相对高的电能。电磁能量发生器的相对低的电压对于根据本发明的装置来讲不是缺点。
附图说明
以下多个实施例对本发明的其他特征、优点和细节进行描述。附图为：
图1是根据第一实施例的具有电能存储器的能量发生器的示意图；
图2是由能量获取器提供的电压的时间曲线和由控制装置产生的用于在能量发生器的第一开关状态和第二开关状态之间进行切换的控制信号的时间曲线；
图3是用于产生控制信号的控制电路的示意图，该控制信号用于能量发生器的电子开关；
图4是在启动供电电路以给控制电路提供供电电压时，能量发生器的等效电路图；
图5是当能量获取器提供正电压时，第一电路状态中的能量发生器的等效电路图；
图6是在第二电路状态中的能量获取器的等效电路图，第二电路状态是跟在根据图5所示的第一电路状态之后；
图7是当能量获取器提供负电压时，在第一电路状态中的能量发生器的等效电路图；
图8是在第二电路状态中的能量获取器的等效电路图，第二电路状态是跟在根据图7所示的第一电路状态之后；
图9是根据第二实施例的不具有电能存储器的能量发生器的示意图；
图10是第一充电状态中的根据图9所示的能量发生器的控制装置的供电电路的电路图；
图11是在第二充电状态中的供电电路的电路图；以及
图12是在第三充电状态中的供电电路的电路图。
具体实施方式
下面将参照图1至图8描述本发明的第一实施例。能量发生器1包括能量获取器2和用于获得电能的装置3。能量获取器2电磁地构成。能量获取器2以已知和通常的方式构造。能量获取器2也被称为能量采集器。装置3用于电能的利用和获取，电能由能量获取器2提供。为此，能量获取器2连接到装置3的第一输入端子4和第二输入端子5上。能量发生器1用于向负载6提供电能。为此负载6连接到该装置3的第一输出端子7和第二输出端子8上。能量获取器2在输入端子5上与参考电势连接，参考电势被称作为EH-GND(Energy HarvesterGND)。
能量获取器2提供具有交替极性(AC电压)的电压vh。电压vh随时间t的变化示意地在图2中示出。以下将具有正极性的电压vhp的一部分称为vhp，将具有负极性的电压的一部分称为vhn。
装置3包括整流器9和相关的控制装置10。整流器9构成第一充电电路11，充电电路用于从能量获取器2的施加到输入端子4，5的正电压vhp中获取能量。此外，整流器9构成第二充电电路12，第二充电电路用于从能量获取器2的施加到输入端子4，5的负电压vhn中获取能量。
第一充电电路11包括电子开关13、线圈L、第一电容器Cp和第一闭锁元件Dp。与之相反，第二充电电路12包括电子开关13、线圈L、第二电容器Cn和第二闭锁元件Dn。
线圈L与第一输入端子4和充电节点K连接。电子开关13与充电电路节点K和第二输入端子5连接，使得线圈L和电子开关13在输入端子4，5之间串联连接。第一电容器Cp与充电电路节点K和第一输出端子7连接。此外，第一闭锁元件Dp与第一输入端子4和第一输出端子7连接，使得第一闭锁元件Dp允许电流从第一输出端子7流到第一输入端子4。第一闭锁元件Dp构成为二极管。线圈L、第一电容器Cp和第一闭锁元件Dp相应地形成第一网眼Mp2。第二电容器Cn与充电电路节点K和第二输出端子8连接。此外，第二闭锁元件Dn与第一输入端子4和第二输出端子8连接，使得第二闭锁元件Dn允许电流从第一输入端子4流到第二输出端子8。第二闭锁元件Dn构成为二极管。线圈L、第二闭锁元件Dn和第二电容器Cn进而构成第二网眼Mn2。在此，闭锁元件Dp和Dn相对于线圈L具有相反的流通方向，使得流经网眼Mp2和Mn2中的线圈L的电流相反。
整流器9还包括可再充电的电能存储器14。电能存储器14连接到第一输出端子7和第二输出端子8上。为此，电能存储器14的负极与第一输出端子7连接，并且其正极与第二输出端子8连接。在输出端子7，8处提供输出电压Eb。
电子开关13构成为由第一电子开关元件Q1和第二电子开关元件Q2构成的串联电路。电子开关元件Q1和Q2分别构成为自锁n沟道MOSFET。第一开关元件Q1的源极端子S1与参考节点K0连接。参考节点K0定义控制装置10的参考电势(Control Circuit GND)。第一开关元件Q1的漏极端子D1与第二输入端子5连接。此外，第二开关元件Q2的源极端子S2与参考节点K0连接。第二开关元件Q2的漏极端子D2与充电电路节点K连接。参考节点K0的参考电势确保，当开关元件Q1和Q2接通时，将正控制电压或控制信号g1和g2相对于相关的源极端子S1和S2施加到开关元件Q1和Q2的栅端子G1和G2上，并且当开关元件Q1和Q2要断开时，施加负控制电压或控制信号g1和g2。
第一寄生反相二极管F1平行于第一开关元件Q1构成。第一反相二极管F1相对于源极端子S1和漏极端子D1构成为，使得闭锁沿第一源极端子S1方向流动的电流。相应地第二寄生反相二极管F2平行于第二开关元件Q2构成。第二反相二极管F2与相对第二源极端子S2和漏极端子D2构成为，使得闭锁沿第二源极端子S2方向流动的电流。进而反相二极管F1和F2具有相反的闭锁方向。通过所描述的开关元件Q1和Q2的背对背布置进而确保，不仅对于施加到电子开关13的正电压而且对于负电压，闭锁至少一个反相二极管F1或F2。由此避免了寄生电流和所产生的损耗。
控制装置10用于控制电子开关13。控制装置10具有用于产生控制信号g1和g2的控制电路15和为控制电路15提供供电电压vcc的供电电路16。控制信号g1，g2是控制电压。
供电电路16具有充电泵17，充电泵包括二极管Dcc和电容器Ccc。二极管Dcc与第二输出端子8和第一节点k1连接。二极管Dcc允许电流从第二输出端子8流到第一节点k1。电容器Ccc与第一节点k1和参考节点K0连接，使得二极管Dcc和电容器Ccc串联连接。充电泵17单级地构成。供电电压vcc施加在电容器Ccc上，即在节点k1和参考节点K0之间。
供电电路16还包括欧姆电阻Rb，欧姆电阻与第一电容器Cp并联连接并与充电电路节点K和第一输出端子7连接。
下述示例性数值适用于整流器9和供电电路16：
Figure BDA0002620518660000121
控制电路15包括用于产生锯齿波电压vS的第一比较器18和用于产生控制信号g1，g2的第二比较器19，该控制信号用来控制控制电子开关元件Q1，Q2。通过比较器18，19实现受控的脉冲宽度调制(Open-Loop-Pulse-Width-Modulation)。
第一比较器18具有运算放大器20，运算放大器作为运行电势具有供电电压vcc和参考节点K0的参考电势。在节点k1上连接有由第一欧姆电阻R1和第二欧姆电阻R2构成的分压器。第一欧姆电阻R1与参考节点K0连接，与之相反，第二欧姆电阻R2与节点k1连接。在欧姆电阻R1和R2之间，在节点n1处截取电压vx并将其馈送到运算放大器20的非反相输入端(正输入端)。即，节点n1与非反相输入端连接。运算放大器20的输出端子经由第三欧姆电阻R3与运算放大器20的反相输入端(负输入端)连接。此外，输出端通过电阻R4与运算放大器20的非反相输入端连接。电容器C1与运算放大器20的反相输入端和参考节点K0连接。锯齿波电压vS施加在电容器C1上。欧姆电阻R3和电容器C1之间的连接进而限定了节点n2，在该节点处提供锯齿波电压vS。
第二比较器19用于将锯齿波电压vS和比较电压vy进行比较。为此，第二比较器19具有运算放大器21。运算放大器21作为运行电势具有供电电压vcc和参考节点K0处的参考电势。第二比较器19包括由欧姆电阻R5和欧姆电阻R6构成的分压器。该分压器连接到参考节点K0和节点k1。为此，欧姆电阻R5与参考节点K0连接，与之相反，欧姆电阻R6与节点k1连接。在欧姆电阻R5和R6之间截取比较电压vy。为此，欧姆电阻R5和R6之间的节点n3与运算放大器21的非反相输入端(正输入端)连接。进而比较电压vy施加在欧姆电阻R5上，即在节点n3和参考节点K0之间。节点n2与运算放大器21的反相输入端(负输入端)连接。在运算放大器21的输出端，提供控制信号g1和g2。控制信号g1和g2施加在开关元件Q1和Q2的栅端子G1，G2上。
控制装置10构造成，使得在施加正电压vhp的情况下，执行具有第一开关状态Z1p和具有随后的第二开关状态Z2p的第一开关序列。如下适用第一开关序列：
Z<sub>1p</sub> Z<sub>2p</sub>
Q<sub>1</sub> 1 0
Q<sub>2</sub> 1 0
其中0代表开，1代表关。开关状态Z1p在附图5中进行阐明并且开关状态Z2p在附图6中进行阐明。
控制装置10还被构造成，使得在施加负电压vhn的情况下，执行具有第一开关状态Z1n和具有随后的第二开关状态Z2n的第二开关序列。如下适用第二开关序列：
Z<sub>1n</sub> Z<sub>2n</sub>
Q<sub>1</sub> 1 0
Q<sub>2</sub> 1 0
其中0代表开，1代表关。开关状态Z1n在附图7中进行阐明并且开关状态Z2n在附图8中进行阐明。
第一开关序列和第二开关序列均在时间周期TS上延续。TS＝1/fS适用时间周期TS，其中fS表示控制装置10的开关频率。各个第一开关状态Z1p或Z1n具有时间D·TS和各个相关的第二开关状态Z2p或Z2n具有时间(1-D)·TS，其中D表示占空比或占空因数(Duty cycle)。
能量发生器1的功能如下：
首先，供电电路16运行，以产生供电电压vcc并提供控制电路15。这在图4中进行阐明。供电电路16基于单级充电泵17，单级充电泵利用能量获取器2、线圈L和第二电容器Cn，以产生足够的供电电压vcc。根据图4中所标记的网眼M0如下适用供电电压vcc：
vcc＝vcn+vL+vhmax–2·VD＝Eb+vhmax–2·VD (1)。
其中Eb代表输出电压或电能存储器14的电压，vhmax代表能量获取器2的最大电压，vL代表流经线圈L的电压，vcn代表流经第二电容器Cn的电压以及VD代表流经二极管Dcc和F1的电压。电容器Ccc借助能量获取器2的电压vh充电，使得提供足够的供电电压vcc。欧姆电阻Rb确保，电压Eb通过电容器Cp和Cn进行分配并且防止电压Eb基本完全施加在电容器Cp上。进而确保供电电路16的可靠启动并且避免了电容器Cp的超负载。欧姆电阻Rb选择为高阻的，使得由欧姆电阻Rb引起的损耗低。
当提供足够的供电电压vcc时，控制电路15产生控制信号g1，g2或控制电压g1，g2，以控制电子开关元件Q1和Q2。能量获取器2产生电压vh，由此产生电流ih。当施加正电压vhp时，控制电路15执行第一开关序列。首先，在第一开关状态Z1p中，开关元件Q1和Q2同步接通，使得电流ih在网眼Mp1中流经线圈L。这在图5中进行阐明。从而在第一开关状态Z1p中，电能储存在线圈L中。
在随后的第二开关状态Z2p中，电子开关元件Q1和Q2打开，使得线圈L基于所存储的能量而驱动网眼Mp2中的电流并给电容器Cp充电。电流ip在网眼Mp2中流经构成为二极管的第一闭锁元件Dp。电压vcp施加到第一电容器Cp上。这在图6中进行阐明。基于电压vcp，电流ib流动，电流对电能存储器14进行充电。
当施加负电压vhn时控制电路15执行第二开关序列。在第一开关状态Z1n中，开关元件Q1和Q2同步接通，使得电流ih在网眼Mn1中流经线圈L并且将电能储存在线圈L中。这在图7中进行阐明。在第一开关状态Z1n中，电能进而存储在线圈L中。
在随后的第二开关状态Z2n中，电子开关元件Q1和Q2打开，使得线圈L基于存储的能量驱动网眼Mn2中的电流并给电容器Cn进行充电。电流in在网眼Mn2中流经构成为二极管第二闭锁元件Dn。电压vcn施加到第二电容器Cn上。这在图8中进行阐明。基于电压vcn，电流ib流动，电流给电能存储器14充电。
由于在施加正电压vhp并且施加负电压vhn时分别使用唯一一个线圈L，所以整流器9简单且紧凑地构造。由于仅需要唯一一个线圈L，成本也降低了。由充电电路11和12共用的线圈L不仅是整流器9的一部分，而且还用于启动供电电路16。由于能量获取器2的电压vh在一个级中进行整流，从而借助整流器9优化了电能的获取。此外，整流器9允许从极低电压vh中获取电能。电磁构成的能量获取器2通常具有1mV至1.2V的电压，尤其是10mV至750mV的电压，并且尤其是50mV至500mV的电压。
控制装置10构成为，使得输入端子4，5处的输入阻抗Zin适合于能量获取器2，并且所获取的电能得以优化或最大化。进而能量发生器1或装置3进行或执行所谓的最大功率点跟踪(MPPT)。相应地，控制装置10具有最大功率点跟踪功能。在此，不需要测量电压、电流或过零检测或极性检测。装置3以不连续模式(DCM：Discontineous Conduction Mode)运行，并且从能量获取器2的角度看是可调节的纯电阻元件。装置3的输入阻抗Zin或输入电阻适合于能量获取器2的内阻，进而进行最大功率点跟踪。如下适用于装置3的输入阻抗Zin：
Figure BDA0002620518660000151
其中L0表示线圈L的电感数值，fS表示开关频率，D表示占空比。输入阻抗Zin通过占空比D进行调节。
电子开关元件Q1和Q2基于背对背布置而同步驱动。此外，电子开关元件Q1和Q2在第一开关序列中(即在施加正电压vhp时)并且在第二开关序列中(即在施加负电压vhn时)相应地驱动。这意味着电子开关元件Q1和Q2在各个第一开关状态Z1p或Z1n中闭合，与之相反，电子开关元件Q1和Q2在相关的第二开关状态Z2p或Z2n中打开。通过参考节点K0与源极端子S1和S2连接，电子开关元件Q1和Q2能够简单地直接由控制电路15进行控制。
通过铺设控制电路15调整输入阻抗Zin。借助比较器18，19实现受控的脉冲宽度调制(Open-Loop-Pulse-Width-Modulation)。第一比较器18经欧姆电阻R3给电容器C1充电，并将电压vx与施加在电容器C1上的电压进行比较，使得当经电容器C1的电压大于电压vx时，电容器C1放电。进而产生锯齿波电压vS，锯齿波电压施加在电容器C1上。第二比较器19将锯齿波电压vS与比较电压vy进行比较，并产生控制信号g1和g2。通过将锯齿波电压vS与比较电压vy进行比较，自动确定输入阻抗Zin并且产生控制信号g1和g2，使得借输入阻抗Zin助于占空比D适合于能量获取器2。因为能量获取器2能够在输入电阻Zin在7Ω和13Ω之间时实现能量获取的基本最大化，因此不必为确保有效的能量获取而精确调整能量获取器2上的输入阻抗Zin。因此，供电电压vcc的波动不会对能量获取的效率产生不利影响。占空比D和开关频率fS例如可以通过欧姆电阻R6和电容器C1来设定。
进而控制信号g1和g2在时间上进行如下调整，使得各个第一开关状态Z1p或Z1n相对于时间周期TS(其中时间0<t<D·TS)和各个第二开关状态Z2p或Z2n(其中时间D·TS<t<(1-D)·TS)进行调整。
借助电压vcp和vcn，电能存储器14充电，电能存储器提供电压Eb。借助电压Eb，向负载6供应电能。
在下文中，将参照图9至图12描述本发明的第二实施例。与第一实施例不同，整流器9没有电能存储器。为了启动供电电路16并为了提供供电电压vcc，供电电路16具有主充电泵17和辅助充电泵22。不需要根据第一实施例所述的欧姆电阻Rb。
辅助充电泵22与输入端子4，5连接。电子泵22构成为无源单级Villard充电泵。第四电容器Cb1与第一输入端子4和第二节点k2连接。第二二极管Db1与第二输入端子5和第二节点k2连接，使得二极管Db1允许电流从第二输入端子5流到节点k2。第五电容器Cb2与第二输入端子5和第三节点k3连接。第三二极管Db2与第二节点k2和第三节点k3连接为，使得第三二极管Db2允许电流从第二节点k2流到第三节点k3。第四二极管Db3与主充电泵17的第一节点k1连接，使得第四二极管Db3允许电流从第三节点k3流到第一节点k1和参考节点K0。主充电泵17根据第一实施例所述的充电泵17构成。
能量发生器1允许在没有电能存储器的情况下启动控制装置10。为此，首先要运行辅助充电泵22，并且接着借助辅助充电泵22运行主充电泵17。能量获取器2通常在激励之后的几个循环中提供相对高的电压vh，该电压随后由于阻尼而显着下降。在这些循环中，辅助充电泵22运行。如果施加负电压vhn，那么经二极管Db1给电容器Cb1充电。为此，充电电流i1经二极管Db1流到电容器Cb1。有源网眼M1在图10中进行阐明。
在随后施加正电压vhp时，具有施加电压vb1的充电的电容器Cb1和具有电压vhp的能量获取器2经二极管Db2给电容器Cb2充电。有源网眼M2和经二极管Db2的充电电流i2在图11中进行阐明。如下适用电压vb2：
vb2＝2·vhmax-2·VD (3)。
其中vhmax为能量获取器2的最大电压，VD代表临界电压。
接着经二极管Db3对电容器Ccc充电，从而向控制电路15提供足够的供电电压vcc，并产生用于控制电子开关元件Q1，Q2的控制信号g1，g2。进而整流器9运行并且输出电压Eb提高。当Eb高于电压vb2时，则辅助充电泵22自动无效。则只有主充电泵17有效。二极管Db3将辅助充电泵22与主充电泵17分开，使得只有主充电泵17有效。有源网眼M3和充电电流i3在图12中进行阐明。如下适用电压vcc：
vcc＝v0+vhmax-2·VD (4)。
其中v0为输入端子8上的电压。所有二极管优选构成为肖特基二极管，其具有在0.1到0.2V之间的临界电压VD。
在输出端子7，8处连接有电压调节器23。电压调节器23用于稳定电压Eb并在输出端子7‘，8‘处提供经调节的输出电压E’b。负载6连接到输出端子7‘，8‘。输出端子7，8处的电压Eb由于电容器Cp的和Cn的充电状态的变化而波动。电压调节器23将电压Eb与目标电压Vref进行比较，并在输出侧提供经调节的电压E’b。为此，电压调节器23包括直流变压器(DC-DC转换器)，其输出侧电压E’b被调节。在此，直流变压器是电压控制电路的一部分，电压控制电路将输出侧电压E’b与目标电压Vref进行比较并且将目标电压Vref和输出侧的电压E’b之间的电压差馈送给控制器，该控制器控制直流变压器以调节电压差。控制器构成为PID控制器。
关于能量发生器1的其他结构和其他功能，参考第一实施例的描述。

Claims (25)

1.一种用于获取电能的装置，其包括：
-整流器(9)，其具有：
--第一输入端子(4)和第二输入端子(5)，用于与能量获取器(2)连接，
--第一输出端子(7)和第二输出端子(8)，用于提供输出电压(Eb)，
--第一充电电路(11)，用于从施加到所述输入端子(4，5)上的所述能量获取器(2)的正电压(vhp)中获取能量，所述第一充电电路具有
---电子开关(13)，
---线圈(L)，
---第一电容器(Cp)，和
---第一闭锁元件(Dp)，
--第二充电电路(12)，用于从施加到所述输入端子(4，5)上的所述能量获取器(2)的负电压(vhn)中获取能量，所述第二充电电路具有：
---电子开关(13)，
---线圈(L)，
---第二电容器(Cn)，和
---第二闭锁元件(Dn)，
-控制装置(10)，用于控制所述电子开关(13)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述线圈(L)和所述电子开关(13)串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，
所述电子开关(13)包括串联电路，所述串联电路由第一电子开关元件(Q1)和第二电子开关元件(Q2)构成。
4.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，
所述电子开关(13)包括至少一个反相二极管(F1，F2)，所述反相二极管与各个电子开关元件(Q1，Q2)并联连接。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，
与所述第一电子开关元件(Q1)并联的第一反相二极管(F1)和与所述第二电子开关元件(Q2)并联的第二反向元件(F2)具有相反的闭锁方向。
6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，
所述线圈(L)、所述第一电容器(Cp)和所述第一闭锁元件(Dp)构成第一网眼(Mp2)，以将能量从所述线圈(L)传输到所述第一电容器(Cp)。
7.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，
所述线圈(L)、所述第二电容器(Cn)和所述第二闭锁元件(Dn)构成第二网眼(Mn2)，以将能量从所述线圈(L)传输到所述第二电容器(Cn)。
8.根据权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，
所述闭锁元件(Dp，Dn)相对于所述线圈(L)具有不同的流通方向。
9.根据权利要求1至8任一项所述的装置，其特征在于，
所述第一电容器(Cp)连接到所述第一输出端子(7)并且所述第二电容器(Cn)连接到所述第二输出端子(8)。
10.根据权利要求1至9任一项所述的装置，其特征在于，
所述线圈(L)连接到所述第一输入端子(4)和充电电路节点(K)，
所述电子开关(13)连接到所述第二输入端子(5)和所述充电电路节点(K)，
所述第一电容器(Cp)连接到所述充电节点(K)和所述第一输出端子(7)，
所述第二电容器(Cn)连接到所述充电电路节点(K)和所述第二输出端子(8)，
所述第一闭锁元件(Dp)连接到所述第一输入端子(4)和所述第一输出端子(7)，并且
所述第二闭锁元件(Dn)连接到所述第一输入端子(4)和所述第二输出端子(8)。
11.根据权利要求1至10任一项所述的装置，其特征在于，
所述整流器(9)包括电能存储器(14)，所述电能存储器连接到所述输出端子(7，8)。
12.根据权利要求1至11任一项所述的装置，其特征在于，
电压调节器(23)连接到所述输出端子(7，8)。
13.根据权利要求1至12任一项所述的装置，其特征在于，
所述控制装置(10)包括控制电路(15)和供电电路(16)，所述控制电路用于产生控制信号(g1，g2)和所述供电电路用于为所述控制电路(15)提供供电电压(vcc)。
14.根据权利要求1至13任一项所述的装置，其特征在于，
所述控制装置(10)包括至少一个充电泵(17，22)。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，
充电泵(17)包括串联电路，所述串联电路由第一二极管(Dcc)和第三电容器(Ccc)构成。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其特征在于，
充电泵(17)与所述输出端子(7，8)之一和节点(K0)连接，所述节点在所述电子开关(13)的两个串联的电子开关元件(Q1，Q2)之间。
17.根据权利要求14或16任一项所述的装置，其特征在于，
充电泵(22)与所述输入端口(4，5)连接。
18.根据权利要求14或17任一项所述的装置，其特征在于，
辅助充电泵(22)与主充电泵(17)连接，尤其连接到第一节点(k1)。
19.根据权利要求14或18任一项所述的装置，其特征在于，
充电泵(22)包括：
-第四电容器(Cb1)，所述第四电容器连接于所述第一输入端子(4)和第二节点(k2)，
-第二二极管(Db1)，所述第二二极管连接于所述第二输入端子(5)和所述第二节点(k2)，
-第五电容器(Cb2)，所述第五电容器连接于所述第二输入端子(5)和第三节点(k3)，
-第三二极管(Db2)，所述第三二极管与所述第二节点(k2)和所述第三节点(k3)连接，和
-第四二极管(Db3)，所述第四二极管与所述第三节点(k3)连接。
20.根据权利要求13或19任一项所述的装置，其特征在于，
所述供电电路(16)包括欧姆电阻(Rb)，所述欧姆电阻与所述第一电容器(Cp)并联连接。
21.根据权利要求1至20任一项所述的装置，其特征在于，
在将正电压(vhp)施加到所述输入端子(4，5)上时，所述控制装置(10)具有第一开关序列，其中如下适用于所述第一开关序列：
Z<sub>1p</sub> Z<sub>2p</sub> Q<sub>1</sub> 1 0 Q<sub>2</sub> 1 0
其中
Q1和Q2代表所述电子开关(13)的两个串联连接的电子开关元件，
Z1p和Z2p代表所述第一开关序列的两个连续的开关状态，并且
0代表开，1代表关。
22.根据权利要求1至21任一项所述的装置，其特征在于，
在将负电压(vhn)施加到所述输入端子(4，5)上时，所述控制装置(10)包括第二开关序列，其中如下适用于所述第二开关序列：
Z<sub>1n</sub> Z<sub>2n</sub> Q<sub>1</sub> 1 0 Q<sub>2</sub> 1 0
其中
Q1和Q2代表所述电子开关(13)的两个串联连接的电子开关元件，
Z1n和Z2n代表所述第二开关序列的两个连续的开关状态，并且
0代表开，1代表关。
23.根据权利要求13至22任一项所述的装置，其特征在于，
所述控制电路(15)包括第一比较器(18)和第二比较器(19)，所述第一比较器用于产生锯齿波电压(vS)，所述第二比较器用于产生用于所述电子开关(13)的控制信号(g1，g2)。
24.根据权利要求13至23任一项所述的装置，其特征在于，
所述控制电路(15)构成为，使得所述输入端子(4，5)处的输入阻抗(Zin)借助所产生的控制信号(g1，g2)能够适合于所述能量获取器(2)。
25.一种能量发生器，其具有
-根据权利要求1至24任一项所述的装置(3)和，
-连接到所述输入端子(4，5)处的能量获取器(2)，以提供交替电压(vh)。
CN201980011995.2A 2018-02-07 2019-01-09 获取电能的装置以及具有这种装置的能量发生器 Pending CN111684701A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018201925.8 2018-02-07
DE102018201925.8A DE102018201925A1 (de) 2018-02-07 2018-02-07 Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie und Energieerzeuger mit einer derartigen Vorrichtung
PCT/EP2019/050440 WO2019154576A1 (de) 2018-02-07 2019-01-09 Vorrichtung zur gewinnung elektrischer energie und energieerzeuger mit einer derartigen vorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111684701A true CN111684701A (zh) 2020-09-18

Family

ID=65012023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980011995.2A Pending CN111684701A (zh) 2018-02-07 2019-01-09 获取电能的装置以及具有这种装置的能量发生器

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11146105B2 (zh)
EP (1) EP3750235B1 (zh)
JP (1) JP7491647B2 (zh)
KR (1) KR102475659B1 (zh)
CN (1) CN111684701A (zh)
CA (1) CA3090345C (zh)
DE (1) DE102018201925A1 (zh)
TW (1) TWI719400B (zh)
WO (1) WO2019154576A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019134598A1 (de) * 2019-12-16 2021-06-17 Endress+Hauser SE+Co. KG Schaltungsanordnung zum Anschluss an eine Stromquelle
CN113067473B (zh) 2020-01-02 2022-05-24 阳光新能源开发股份有限公司 控制信号调制电路、逆变器及控制系统
US11998948B2 (en) * 2020-07-06 2024-06-04 Cirrus Logic Inc. Driver circuitry for piezoelectric transducers

Citations (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002153067A (ja) * 2000-11-08 2002-05-24 Origin Electric Co Ltd 高力率コンバータ及びその制御方法
CN1960588A (zh) * 2005-11-04 2007-05-09 株式会社小糸制作所 车辆用灯具的点灯控制装置
US20090201706A1 (en) * 2007-06-15 2009-08-13 Sma Solar Technology Ag Apparatus for feeding electrical energy into a power grid and DC voltage converter for such an apparatus
CN101673957A (zh) * 2008-09-11 2010-03-17 台达电子工业股份有限公司 并联不间断电源电路
CN101860191A (zh) * 2009-04-07 2010-10-13 台达电子工业股份有限公司 单相与三相双重升降压功率因数校正电路及其控制方法
CN101860189A (zh) * 2009-04-13 2010-10-13 台达电子工业股份有限公司 用于临界连续电流模式的无桥功率因数校正电路及其方法
CN201726570U (zh) * 2010-06-29 2011-01-26 重庆三弓科技发展有限公司 隧道照明节能控制系统
CN102055351A (zh) * 2009-10-30 2011-05-11 英特赛尔美国股份有限公司 具有低功耗呃逆备用操作的电源
CN102076138A (zh) * 2009-11-25 2011-05-25 北京交通大学 一种市电输入led恒流驱动器
CN102468770A (zh) * 2010-11-17 2012-05-23 联正电子(深圳)有限公司 交流电源输入集成电源装置及其控制方法
CN202385029U (zh) * 2011-12-27 2012-08-15 东南大学 一种压电俘能装置
WO2013050619A1 (en) * 2011-10-07 2013-04-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Peak detector with false peak rejection
CN203278773U (zh) * 2012-12-05 2013-11-06 艾尔瓦特集成电路科技（天津）有限公司 方波发生电路、包含该方波发生电路的集成电路、dc/dc转换器和ac/dc转换器
US20140063880A1 (en) * 2012-09-04 2014-03-06 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Rectifier circuit and electronic device using same
US8693224B1 (en) * 2012-11-26 2014-04-08 Arctic Sand Technologies Inc. Pump capacitor configuration for switched capacitor circuits
CN103872905A (zh) * 2012-12-14 2014-06-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 供电控制装置
JP2014166105A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Panasonic Corp エネルギ変換装置
CN203933163U (zh) * 2014-04-24 2014-11-05 宁波大学 一种自供电的压电振动能量同步提取电路
CN104143928A (zh) * 2014-04-21 2014-11-12 美芯晟科技（北京）有限公司 交流-直流转换器中的输出电压动态采样电路
US20150035512A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 Fairchild Korea Semiconductor Ltd. Charge Pump and Switch Control Circuit
CN104756271A (zh) * 2012-10-22 2015-07-01 原子能和替代能源委员会 发电机
CN104854785A (zh) * 2013-01-11 2015-08-19 Skf公司 能量采集器的电压调整
CN105897033A (zh) * 2016-06-02 2016-08-24 清华大学 一种用于电磁发射的电容复用式电感储能型脉冲电源
CN106059299A (zh) * 2016-07-14 2016-10-26 儒竞艾默生环境优化技术（上海）有限公司 一种变换电路、变压器以及变换方法
CN106301072A (zh) * 2016-08-17 2017-01-04 南京邮电大学 一种压电能量收集系统及其控制方法
JP2017017775A (ja) * 2015-06-26 2017-01-19 シャープ株式会社 力率改善回路および電源装置
CN106877350A (zh) * 2015-12-14 2017-06-20 邢筱丹 一种基于改进Buck-boost型交流斩波器的无功补偿电路
CN107332462A (zh) * 2017-07-25 2017-11-07 中山大学 自供电的能够跟踪最大功率点的压电振动能量提取电路
CN107425709A (zh) * 2017-07-03 2017-12-01 南京凌鸥创芯电子有限公司 Boost功率因数校正变换器
US20190081559A1 (en) * 2016-02-29 2019-03-14 Cambridge Enterprise Limited Energy Harvesting Systems and Methods

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1153331C (zh) 2002-02-01 2004-06-09 艾默生网络能源有限公司 用于不间断电源的功率因数校正电路
FR2927201B1 (fr) 2008-01-31 2010-02-12 Airbus France Circuit et systemes redresseurs de puissance, procede associe, aeronef comprenant de tels circuit ou systemes
DE102008064402B4 (de) * 2008-12-22 2011-03-10 Texas Instruments Deutschland Gmbh Gleichrichterschaltung
JP2011097688A (ja) 2009-10-28 2011-05-12 Merstech Inc 電力変換装置及び電力変換方法
TWI398088B (zh) 2010-11-12 2013-06-01 Univ Nat Cheng Kung 單相功率因數修正交流-直流電源轉換器
JP5648017B2 (ja) 2012-05-16 2015-01-07 東芝テック株式会社 電力変換装置
CN105024534B (zh) * 2014-04-30 2018-04-03 光宝电子(广州)有限公司 具功率因数修正的转换器电路
SG11201702267WA (en) * 2014-09-23 2017-04-27 Switchbee Ltd A method and apparatus for controlling a load
US10103644B2 (en) * 2014-10-01 2018-10-16 University Of Maryland, College Park Bridgeless resonant AC-DC converters and systems and control systems therefor
SG11201705909SA (en) * 2015-01-21 2017-08-30 Agency Science Tech & Res Device and method for energy harvesting using a self-oscillating power-on-reset start-up circuit with auto-disabling function
WO2017020189A1 (zh) 2015-07-31 2017-02-09 常州明石晶电科技有限公司 开关电源

Patent Citations (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002153067A (ja) * 2000-11-08 2002-05-24 Origin Electric Co Ltd 高力率コンバータ及びその制御方法
CN1960588A (zh) * 2005-11-04 2007-05-09 株式会社小糸制作所 车辆用灯具的点灯控制装置
US20090201706A1 (en) * 2007-06-15 2009-08-13 Sma Solar Technology Ag Apparatus for feeding electrical energy into a power grid and DC voltage converter for such an apparatus
CN101673957A (zh) * 2008-09-11 2010-03-17 台达电子工业股份有限公司 并联不间断电源电路
CN101860191A (zh) * 2009-04-07 2010-10-13 台达电子工业股份有限公司 单相与三相双重升降压功率因数校正电路及其控制方法
CN101860189A (zh) * 2009-04-13 2010-10-13 台达电子工业股份有限公司 用于临界连续电流模式的无桥功率因数校正电路及其方法
CN102055351A (zh) * 2009-10-30 2011-05-11 英特赛尔美国股份有限公司 具有低功耗呃逆备用操作的电源
CN102076138A (zh) * 2009-11-25 2011-05-25 北京交通大学 一种市电输入led恒流驱动器
CN201726570U (zh) * 2010-06-29 2011-01-26 重庆三弓科技发展有限公司 隧道照明节能控制系统
CN102468770A (zh) * 2010-11-17 2012-05-23 联正电子(深圳)有限公司 交流电源输入集成电源装置及其控制方法
WO2013050619A1 (en) * 2011-10-07 2013-04-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Peak detector with false peak rejection
CN202385029U (zh) * 2011-12-27 2012-08-15 东南大学 一种压电俘能装置
US20140063880A1 (en) * 2012-09-04 2014-03-06 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Rectifier circuit and electronic device using same
CN104756271A (zh) * 2012-10-22 2015-07-01 原子能和替代能源委员会 发电机
US8693224B1 (en) * 2012-11-26 2014-04-08 Arctic Sand Technologies Inc. Pump capacitor configuration for switched capacitor circuits
CN203278773U (zh) * 2012-12-05 2013-11-06 艾尔瓦特集成电路科技（天津）有限公司 方波发生电路、包含该方波发生电路的集成电路、dc/dc转换器和ac/dc转换器
CN103872905A (zh) * 2012-12-14 2014-06-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 供电控制装置
CN104854785A (zh) * 2013-01-11 2015-08-19 Skf公司 能量采集器的电压调整
JP2014166105A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Panasonic Corp エネルギ変換装置
US20150035512A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 Fairchild Korea Semiconductor Ltd. Charge Pump and Switch Control Circuit
CN104143928A (zh) * 2014-04-21 2014-11-12 美芯晟科技（北京）有限公司 交流-直流转换器中的输出电压动态采样电路
CN203933163U (zh) * 2014-04-24 2014-11-05 宁波大学 一种自供电的压电振动能量同步提取电路
JP2017017775A (ja) * 2015-06-26 2017-01-19 シャープ株式会社 力率改善回路および電源装置
CN106877350A (zh) * 2015-12-14 2017-06-20 邢筱丹 一种基于改进Buck-boost型交流斩波器的无功补偿电路
US20190081559A1 (en) * 2016-02-29 2019-03-14 Cambridge Enterprise Limited Energy Harvesting Systems and Methods
CN105897033A (zh) * 2016-06-02 2016-08-24 清华大学 一种用于电磁发射的电容复用式电感储能型脉冲电源
CN106059299A (zh) * 2016-07-14 2016-10-26 儒竞艾默生环境优化技术（上海）有限公司 一种变换电路、变压器以及变换方法
CN106301072A (zh) * 2016-08-17 2017-01-04 南京邮电大学 一种压电能量收集系统及其控制方法
CN107425709A (zh) * 2017-07-03 2017-12-01 南京凌鸥创芯电子有限公司 Boost功率因数校正变换器
CN107332462A (zh) * 2017-07-25 2017-11-07 中山大学 自供电的能够跟踪最大功率点的压电振动能量提取电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵马瑞卿;皇甫宜耿;ALEXANDER ABRAMOVITZ;: "一种带耦合电感和充电泵的单级式高增益光伏微逆变器拓扑", 西北工业大学学报, no. 01, 15 February 2016 (2016-02-15), pages 3 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019154576A1 (de) 2019-08-15
JP2021513318A (ja) 2021-05-20
US11146105B2 (en) 2021-10-12
JP7491647B2 (ja) 2024-05-28
KR20200109317A (ko) 2020-09-22
EP3750235A1 (de) 2020-12-16
US20210036548A1 (en) 2021-02-04
KR102475659B1 (ko) 2022-12-08
EP3750235B1 (de) 2024-03-20
TW201937835A (zh) 2019-09-16
RU2020123403A (ru) 2022-01-17
RU2020123403A3 (zh) 2022-04-14
TWI719400B (zh) 2021-02-21
CA3090345C (en) 2024-01-09
CA3090345A1 (en) 2019-08-15
DE102018201925A1 (de) 2019-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11309798B2 (en) Single inductor multiple output (SIMO) converter and control thereof
US10637352B2 (en) High power charge pump with inductive elements
US10923953B2 (en) Received wireless power regulation
US7116568B1 (en) Series connected buck-boost regulator
US10014823B2 (en) High efficiency resonant switched capacitor converter with continuous conversion ratio
US7570033B1 (en) Apparatus and method for PWM buck-or-boost converter with smooth transition between modes
US9780657B2 (en) Circuits and methods for controlling a boost switching regulator based on inductor current
KR20100041871A (ko) 이중-극성 다중-출력 ｄｃ/ｄｃ 변환기 및 전압 조정기
CN111684701A (zh) 获取电能的装置以及具有这种装置的能量发生器
US9755515B2 (en) Switching regulator current sensing circuits and methods
US10615703B2 (en) DC-DC converter
Yu et al. A discontinuous conduction mode single-stage step-up rectifier for low-voltage energy harvesting applications
CN102474190A (zh) 用于对蓄电池组充电的充电装置
US7002323B2 (en) Switching power supply circuit capable of reducing switching loss and control method used therein
US9287789B2 (en) DC-to-DC converter input stage with capacitive current limit
Ge et al. A 13.56 MHz one-stage high-efficiency 0X/1X R3 rectifier for implatable medical devices
CN110574276A (zh) 供电装置和向负载供电的方法
RU2780813C2 (ru) Устройство для получения энергии и генератор энергии, содержащий такое устройство
Krishnaveni et al. Analysis of four switch positive buck boost converter based on mode selection circuit for portable battery applications
Guruvayurappan et al. Non-Isolated Point-Of-Load Converter for Space Application
KUMARA et al. DESIGN AND SIMULATION OF FLY BACK CONVERTER USING PID CONTROLLER
TWI362171B (zh)
Birchenough Series connected buck-boost regulator
Szarka et al. Comparison of low-power single-stage boost rectifiers for sub-milliwatt electromagnetic energy harvesters
Rathinamala et al. Analysis of Power Processing Circuits for Low Power Energy Harvesting Applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40028704

Country of ref document: HK