CN205105123U - 自动电压控制元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动电压控制元件，其中自动电压控制元件包括：支撑部件；第一弹性部件和第二弹性部件，第一弹性部件和第二弹性部件的一侧分别固定在支撑部件上，第一弹性部件的第一表面和第二弹性部件的第一表面为相对的两个面；第一电极，至少部分地设置在第一弹性部件的第一表面；第二电极，至少部分地设置在第二弹性部件的第一表面；其中，设置在第一弹性部件的第一表面的第一电极和设置在第二弹性部件的第一表面的第二电极之间具有预设距离。本实用新型通过电极间的静电引力实现在特定信号电压下控制外电路的断开、闭合或者电压比较的功能，实现了降低功耗的目的。

Description

自动电压控制元件

技术领域

本实用新型涉及电子元件技术领域，更具体地说，涉及一种自动电压控制元件。

背景技术

低功耗器件在电子设备中越来越受关注，尤其是在微能量收集系统中低功耗器件已经成为这些产品的关键。比如，在以摩擦发电机或压电发电机为供电电源的微能量收集系统中，由于摩擦发电机或压电发电机所产生的能量受其应用环境的限制，故对电路中的其它器件的功耗要求相对较高，但是，现有器件的功耗都相对较高，这就严重制约了以摩擦发电机或压电发电机为供能系统的微能量收集系统的广泛应用。

以电压比较器为例，电压比较器基本原理是设定一个参考电压，将输入的信号和这个参考电压比较。如果参考电压设定在反相端，则输入的信号电压大于参考电压时，输出高电位；如果参考电压设定在同相端，则输入的信号电压大于参考电压时，输出低电位。在以摩擦发电机或压电发电机为供电电源的微能量收集系统中，每一次摩擦和/或挤压使发电机给负载供电时，都要经电压比较器进行一次比较，这也就意味着每一次发电都要由于电压比较器产生很大的电功耗。

因此，如何提供一种低功耗的自动电压控制元件成为现有技术亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是针对现有技术的缺陷，提出一种适用于微能量收集系统的低功耗的自动电压控制元件。

本实用新型提供了一种自动电压控制元件，包括：

支撑部件；

第一弹性部件和第二弹性部件，第一弹性部件和第二弹性部件的一侧分别固定在支撑部件上，第一弹性部件的第一表面和第二弹性部件的第一表面为相对的两个面；

第一电极，至少部分地设置在第一弹性部件的第一表面；以及，

第二电极，至少部分地设置在第二弹性部件的第一表面；

其中，设置在第一弹性部件的第一表面的第一电极和设置在第二弹性部件的第一表面的第二电极之间具有预设距离。

可选地，预设距离与第一弹性部件和第二弹性部件的弹性模量以及为自动电压控制元件设定的导通电压有关。

可选地，第一电极设置在第一弹性部件的第一表面和第二表面；

和/或，第二电极设置在第二弹性部件的第一表面和第二表面。

可选地，第一电极设置在第一弹性部件的第一表面，第一弹性部件的第二表面设置有第三电极或第一绝缘部件；

和/或，第二电极设置在第二弹性部件的第一表面，第二弹性部件的第二表面设置有第四电极或第二绝缘部件。

可选地，第一电极设置在第一弹性部件的第一表面和第二表面；或者，第一电极设置在第一弹性部件的第一表面，第一弹性部件的第二表面设置有第三电极或第一绝缘部件；

第二电极设置在第二弹性部件的第一表面，第二弹性部件的第二表面设置有第四电极。

可选地，第一电极为自动电压控制元件的第一信号连接端，或者，第一电极与第三电极连通后作为自动电压控制元件的第一信号连接端；

第二电极为自动电压控制元件的第二信号连接端；

第四电极为自动电压控制元件的第三信号连接端。

可选地，第一信号连接端和第三信号连接端用于连接电源，第二信号连接端和第三信号连接端用于连接负载。

可选地，自动电压控制元件还包括：密封部件，支撑部件、第一弹性部件、第二弹性部件、第一电极、第二电极、第三电极和第四电极位于密封部件内部；

第一电极、第二电极、第三电极和第四电极分别连接各自的引线，这些引线延伸至密封部件外部。

可选地，第一弹性部件和第二弹性部件为同种材料；第一电极、第二电极、第三电极和第四电极为同种材料。

可选地，第一弹性部件和第二弹性部件为硅体薄膜或双向拉伸聚丙烯薄膜；

第一电极、第二电极、第三电极和第四电极的材料为银、铜、锌或锡。

本实用新型提供的自动电压控制元件，通过电极间的静电引力(库伦力)实现在特定信号电压下控制外电路的断开、闭合或者电压比较的功能，第一电极和第二电极相当于平行板电容器的两极，通过极板上的异性电荷实现吸引。由于在库伦力作用下，整个回路不存在漏电流，因此理想状态下，库伦作用没有消耗，这也就意味着在电路中没有功耗，实现了降低功耗的目的。此外，本实用新型提供的自动电压控制元件结构简单，性能可靠，器件做到薄而小，满足电子器件小型化的要求。

附图说明

图1为本实用新型提供的自动电压控制元件的实施例一的截面结构示意图；

图2为本实用新型提供的自动电压控制元件的实施例二的截面结构示意图；

图3为本实用新型提供的自动电压控制元件用作电压比较器的一个示例的功能框图；

图4为本实用新型提供的自动电压控制元件用作电压比较器的另一个示例的功能框图。

具体实施方式

为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。

本实用新型提供了一种适用于微能量收集系统的低功耗的自动电压控制元件，包括：支撑部件，第一弹性部件和第二弹性部件，以及至少部分地设置在第一弹性部件的第一表面的第一电极和至少部分地设置在第二弹性部件的第一表面的第二电极。其中，第一弹性部件和第二弹性部件的一侧分别固定在支撑部件上，第一弹性部件的第一表面和第二弹性部件的第一表面为相对的两个面。

第一电极至少部分地设置在第一弹性部件的第一表面是指第一电极的至少一部分设置在第一弹性部件的第一表面，包括但不限于：第一电极整个设置在第一弹性部件的第一表面，以及第一电极的另一部分设置在第一弹性部件的除第一表面以外的其它部分。

第二电极至少部分地设置在第二弹性部件的第一表面是指第二电极的至少一部分设置在第二弹性部件的第一表面，包括但不限于：第二电极整个设置在第二弹性部件的第一表面，以及第二电极的另一部分设置在第二弹性部件的除第一表面以外的其它部分。

其中，设置在第一弹性部件的第一表面的第一电极和设置在第二弹性部件的第一表面的第二电极之间具有预设距离。

下面通过几个具体的实施例对本实用新型提供的自动电压控制元件的具体结构作进一步介绍。

图1为本实用新型提供的自动电压控制元件的实施例一的截面结构示意图。如图1所示，该自动电压控制元件包括：支撑部件1，第一弹性部件2，第二弹性部件3以及设置在第一弹性部件2上的第一电极40，设置在第二弹性部件3上的第二电极50。

支撑部件1为竖立的板状结构，其用于支撑第一弹性部件2和第二弹性部件3。支撑部件1为绝缘部件。

第一弹性部件2和第二弹性部件3的一侧分别固定在支撑部件1上，第一弹性部件2和第二弹性部件3为平行设置，且都垂直于支撑部件1的板状面。第一弹性部件2的第一表面(图1为第一弹性部件2的下表面)和第二弹性部件3的第一表面(图1为第二弹性部件3的上表面)为相对的两个面。

第一电极40设置在第一弹性部件2的第一表面和第二表面，即第一电极40不仅设置在第一弹性部件2的下表面，还设置在第一弹性部件2的第二表面(图1为第一弹性部件2的上表面)。其中，可在第一弹性部件2远离支撑部件1的一侧的上下表面和第一弹性部件2远离支撑部件1的端部分别沉积低电阻导电薄膜材料形成第一电极40，如图1所示，第一电极40包覆第一弹性部件2的一端；可选地，还可在第一弹性部件的整个上下表面沉积低电阻导电薄膜材料形成第一电极，即第一电极整体覆盖在第一弹性部件的上下表面，即第一电极包覆第一弹性部件的全部。

第二电极50设置在第二弹性部件3的第一表面和第二表面，即第二电极50不仅设置在第二弹性部件3的上表面，还设置在第二弹性部件3的第二表面(图1为第二弹性部件3的下表面)。其中，可在第二弹性部件3远离支撑部件1的一侧的上下表面和第二弹性部件3远离支撑部件1的端部分别沉积低电阻导电薄膜材料形成第二电极50，如图1所示，第二电极50包覆第二弹性部件3的一端；可选地，还可在第二弹性部件的整个上下表面沉积低电阻导电薄膜材料形成第二电极，即第二电极整体覆盖在第二弹性部件的上下表面，即第二电极包覆第二弹性部件的全部。

其中，设置在第一弹性部件2的第一表面的第一电极40和设置在第二弹性部件3的第一表面的第二电极50之间具有预设距离d，预设距离d与第一弹性部件2和第二弹性部件3的弹性模量以及为自动电压控制元件设定的导通电压有关。

本实用新型提供的自动电压控制元件可用作自动电压开关元件，其中，第一电极40和第二电极50与施加电压的电源连接。设该自动电压控制元件的导通电压为U，根据U以及第一弹性部件2和第二弹性部件3的弹性模量设定预设距离d，使得在第一电极40和第二电极50上施加电压大于或等于U时，第一弹性部件2和第二弹性部件3因库仑力的作用互相吸引导致第一电极40和第二电极50导通。

这里，第一电极40和第二电极50相当于平行板电容器的两个电极。当在第一电极40和第二电极50施加电压时，第一电极40和第二电极50存在电势差，两者表面带异性电荷，产生静电引力(库仑力)，该静电引力与电势差成正比，与电极间的距离成反比。如果第一电极40和第二电极50施加的电压大于或等于预先设定的导通电压U，在静电引力作用下第一电极40和第二电极50接触，使与第一电极40和第二电极50连接的电路导通；如果第一电极40和第二电极50施加的电压不足U，第一电极40和第二电极50不能接触，使与第一电极40和第二电极50连接的电路断开。因此，通过依据弹性薄膜的弹性模量设定距离d可实现在特定信号电压下的电路的导通或断开。

可选地，自动电压控制元件还可包括：密封部件(图1未示出)，上述支撑部件、第一和第二弹性部件、第一电极和第二电极位于密封部件内部，第一电极和第二电极分别连接各自的引线，这些引线延伸至密封部件外部，其中第一电极的引线和第二电极的引线与施加电压的电源两端连接的同时，还与外电路负载的两端连接。

本实用新型中，第一弹性部件和第二弹性部件可选为同种材料，优选易于微机械加工、弹性模量较高的薄膜材料，例如选用硅体薄膜或双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)。

第一电极和第二电极可选为同种材料，优选低电阻率导电薄膜材料，例如选用银、铜、锌或锡等材料，通过磁控溅射或离子束溅射方法沉积到弹性薄膜上。

本实用新型提供的自动电压控制元件，通过电极间的静电引力(库伦力)实现在特定信号电压下控制外电路负载的断开或闭合，第一电极和第二电极相当于平行板电容器的两个极，通过极板上的异性电荷实现吸引。由于在库伦力作用下，整个回路不存在漏电流，因此理想状态下，库伦作用没有消耗，这也就意味着在电路中没有功耗，实现了降低功耗的目的。此外，本实用新型提供的自动电压控制元件结构简单，性能可靠，器件做到薄而小，满足电子器件小型化的要求。

图2为本实用新型提供的自动电压控制元件的实施例二的截面结构示意图。如图2所示，该自动电压控制元件包括：支撑部件1，第一弹性部件2，第二弹性部件3以及设置在第一弹性部件2上的第一电极41，设置在第二弹性部件3上的第二电极51。

本实施例中，支撑部件1、第一弹性部件2和第二弹性部件3的具体结构与上述实施例一相同(不再赘述)，与实施例一的不同之处在于：第一电极41设置在第一弹性部件2的第一表面(图2为第一弹性部件2的下表面)，第一弹性部件2的第二表面(图2为第一弹性部件2的上表面)设置有与第一电极41对称的第三电极42；第二电极51设置在第二弹性部件3的第一表面(图2为第二弹性部件3的上表面)，第二弹性部件3的第二表面(图2为第二弹性部件3的下表面)设置有与第二电极51对称的第四电极52。

如图2所示，第一电极41设置在第一弹性部件2的下表面，第一弹性部件2的上表面对称设置有第三电极42。其中，可在第一弹性部件2远离支撑部件1的一侧的上下表面分别沉积低电阻导电薄膜材料形成第一电极41和第三电极42；可选地，还可在第一弹性部件的整个上下表面沉积低电阻导电薄膜材料形成第一电极和第三电极。

第二电极51设置在第二弹性部件3的上表面，第二弹性部件3的下表面对称设置有第四电极52。其中，可在第二弹性部件3远离支撑部件1的一侧的上下表面分别沉积低电阻导电薄膜材料形成第二电极51和第四电极52；可选地，还可在第二弹性部件的整个上下表面沉积低电阻导电薄膜材料形成第二电极和第四电极。

本实用新型提供的自动电压控制元件可用作自动电压开关元件，其中，第三电极和第四电极与施加电压的电源连接，第一电极和第二电极与开关元件的外电路负载连接。设该自动电压控制元件的导通电压为U，根据U以及第一弹性部件2和第二弹性部件3的弹性模量设定预设距离d，使得在第三电极42和第四电极52上施加电压大于或等于U时，第一弹性部件2和第二弹性部件3因库仑力的作用互相吸引导致第一电极41和第二电极51导通。

这里，第一电极41和第二电极51相当于平行板电容器的两个电极。当在第三电极42和第四电极52施加电压时，第三电极42和第四电极52存在电势差，两者表面带异性电荷，产生静电引力(库仑力)，该静电引力与电势差成正比，与电极间的距离成反比。如果第三电极42和第四电极52施加的电压大于或等于预先设定导通电压U，在静电引力作用下第一电极41和第二电极51接触，使与第一电极41和第二电极51连接的电路导通；如果第三电极42和第四电极52施加的电压不足U，第一电极41和第二电极51不能接触，使与第一电极41和第二电极51连接的电路断开。因此，通过依据弹性薄膜的弹性模量设定距离d可实现在特定信号电压下的电路的导通或断开。

可选地，自动电压控制元件还可包括：密封部件(图2未示出)，上述支撑部件、第一和第二弹性部件、第一电极至第四电极位于密封部件内部，第一电极、第二电极、第三电极和第四电极分别连接各自的引线，这些引线延伸至密封部件外部，其中第三电极的引线和第四电极的引线与施加电压的电源两端连接，第一电极的引线和第二电极的引线与外电路负载两端连接。

本实用新型中，第一弹性部件和第二弹性部件可选为同种材料，优选易于微机械加工、弹性模量较高的薄膜材料，例如选用硅体薄膜或双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)。第一电极、第二电极、第三电极和第四电极可选为同种材料，优选低电阻率导电薄膜材料，例如选用银、铜、锌或锡等材料，通过磁控溅射或离子束溅射方法沉积到弹性薄膜上。

本实用新型提供的自动电压控制元件，通过电极间的静电引力(库伦力)实现在特定信号电压下控制外电路的断开或闭合，第一电极和第二电极相当于平行板电容器的两个极，通过极板上的异性电荷实现吸引。由于在库伦力作用下，整个回路不存在漏电流，因此理想状态下，库伦作用没有消耗，这也就意味着在电路中没有功耗，实现了降低功耗的目的。此外，本实用新型提供的自动电压控制元件结构简单，性能可靠，器件做到薄而小，满足电子器件小型化的要求。

作为一种变型结构，图2中第三电极42替换为第一绝缘部件，和/或，第四电极52替换为第二绝缘部件。在第一电极41和第二电极51上施加电压，当施加电压大于或等于预先设定导通电压U时，第一电极41和第二电极51接触，使与第一电极41和第二电极51连接的电路导通，实现了自动电压控制的开关元件的功能。

作为其它变型结构，第一弹性部件可以如图1所示上下表面设置第一电极，第二弹性部件可以如图2所示上下表面分别设置第二电极和第四电极(或第二绝缘部件)；或者，第一弹性部件可以如图2所示上下表面分别设置第三电极(或第一绝缘部件)和第一电极，第二弹性部件可以如图1所示上下表面设置第二电极。

本实用新型还提供了一种自动电压控制元件，与上述实施例中自动电压控制元件用作开关元件不同的是，这种自动电压控制元件可用作电压比较器，下面通过两个具体的示例介绍自动电压控制元件用作电压比较器的适用场景。

图3为本实用新型提供的自动电压控制元件用作电压比较器的一个示例的功能框图。如图3所示，自动电压控制元件10的第一电极设置在第一弹性部件的第一表面(即第一弹性部件的下表面)，第一弹性部件的第二表面(即第一弹性部件的上表面)设置有与第一电极对称的第三电极；第二电极设置在第二弹性部件的第一表面(即第二弹性部件的上表面)，第二弹性部件的第二表面(即第二弹性部件的下表面)设置有与第二电极对称的第四电极。

第一电极与第三电极连通后作为自动电压控制元件的第一信号连接端；第二电极为自动电压控制元件的第二信号连接端；第四电极为自动电压控制元件的第三信号连接端。如图3所示，自动电压控制元件10的第一电极、第二电极、第三电极和第四电极通过引线接出，第一电极和第三电极的引线连接在一起。第一信号连接端和第三信号连接端用于连接电源，图3连接的是摩擦发电机20的电源输出端，第二信号连接端和第三信号连接端用于连接负载30。

图4为本实用新型提供的自动电压控制元件用作电压比较器的另一个示例的功能框图。如图4所示，与图3所示的示例不同的是，第三电极被替换为第一绝缘部件，第一电极作为自动电压控制元件的第一信号连接端；第二电极为自动电压控制元件的第二信号连接端；第四电极为自动电压控制元件的第三信号连接端。

如图4所示，自动电压控制元件10的第一电极、第二电极和第四电极通过引线接出，第一信号连接端和第三信号连接端用于连接电源，图4连接的是摩擦发电机20的电源输出端，第二信号连接端和第三信号连接端用于连接负载30。

在图3和图4示出的例子中，当自动电压控制元件用作电压比较器时，摩擦发电机20在自动电压控制元件的第一信号连接端和第三信号连接端之间施加电压，第一电极和第二电极存在电势差，两者表面带异性电荷，产生静电引力(库仑力)，该静电引力与电势差成正比，与电极间的距离成反比。如果第一信号连接端和第三信号连接端之间施加的电压大于或等于预先设定的导通电压U，在静电引力作用下第一电极和第二电极接触，使与第一电极和第二电极连接的电路导通，最终使得自动电压控制元件的第二信号连接端和第三信号连接端之间输出摩擦发电机输出的电压；如果第一信号连接端和第三信号连接端之间施加的电压不足U，第一电极和第二电极不能接触，使与第一电极和第二电极连接的电路断开，最终使得摩擦发电机20输出的电压无法施加到外电路负载两端。

这里，导通电压U即为电压比较器的参考电压，若输入的信号电压大于或等于参考电压，自动电压控制元件输出摩擦发电机输出的电压；若输入的信号电压小于参考电压，自动电压控制元件则不输出电压。本实用新型提供的自动电压控制元件，通过电极间的静电引力(库伦力)实现电压比较的功能。由于在库伦力作用下，整个回路不存在漏电流，因此理想状态下，库伦作用没有消耗，这也就意味着在电路中没有功耗，实现了降低功耗的目的。此外，本实用新型提供的自动电压控制元件结构简单，性能可靠，器件做到薄而小，满足电子器件小型化的要求。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (15)

1.一种自动电压控制元件，其特征在于，包括：

支撑部件；

第一弹性部件和第二弹性部件，所述第一弹性部件和所述第二弹性部件的一侧分别固定在所述支撑部件上，所述第一弹性部件的第一表面和所述第二弹性部件的第一表面为相对的两个面；

第一电极，至少部分地设置在所述第一弹性部件的第一表面；以及，

第二电极，至少部分地设置在所述第二弹性部件的第一表面；

其中，设置在所述第一弹性部件的第一表面的第一电极和设置在所述第二弹性部件的第一表面的第二电极之间具有预设距离。

2.根据权利要求1所述的自动电压控制元件，其特征在于，所述预设距离与所述第一弹性部件和所述第二弹性部件的弹性模量以及为所述自动电压控制元件设定的导通电压有关。

3.根据权利要求1所述的自动电压控制元件，其特征在于：

所述第一电极设置在所述第一弹性部件的第一表面和第二表面；

和/或，所述第二电极设置在所述第二弹性部件的第一表面和第二表面。

4.根据权利要求2所述的自动电压控制元件，其特征在于：

所述第一电极设置在所述第一弹性部件的第一表面和第二表面；

和/或，所述第二电极设置在所述第二弹性部件的第一表面和第二表面。

5.根据权利要求1所述的自动电压控制元件，其特征在于：

所述第一电极设置在所述第一弹性部件的第一表面，所述第一弹性部件的第二表面设置有第三电极或第一绝缘部件；

和/或，所述第二电极设置在所述第二弹性部件的第一表面，所述第二弹性部件的第二表面设置有第四电极或第二绝缘部件。

6.根据权利要求2所述的自动电压控制元件，其特征在于：

所述第一电极设置在所述第一弹性部件的第一表面，所述第一弹性部件的第二表面设置有第三电极或第一绝缘部件；

和/或，所述第二电极设置在所述第二弹性部件的第一表面，所述第二弹性部件的第二表面设置有第四电极或第二绝缘部件。

7.根据权利要求1所述的自动电压控制元件，其特征在于：

所述第一电极设置在所述第一弹性部件的第一表面和第二表面；或者，所述第一电极设置在所述第一弹性部件的第一表面，所述第一弹性部件的第二表面设置有第三电极或第一绝缘部件；

所述第二电极设置在所述第二弹性部件的第一表面，所述第二弹性部件的第二表面设置有第四电极。

8.根据权利要求2所述的自动电压控制元件，其特征在于：

所述第一电极设置在所述第一弹性部件的第一表面和第二表面；或者，所述第一电极设置在所述第一弹性部件的第一表面，所述第一弹性部件的第二表面设置有第三电极或第一绝缘部件；

所述第二电极设置在所述第二弹性部件的第一表面，所述第二弹性部件的第二表面设置有第四电极。

9.根据权利要求7所述的自动电压控制元件，其特征在于：

所述第一电极为所述自动电压控制元件的第一信号连接端，或者，所述第一电极与所述第三电极连通后作为所述自动电压控制元件的第一信号连接端；

所述第二电极为所述自动电压控制元件的第二信号连接端；

所述第四电极为所述自动电压控制元件的第三信号连接端。

10.根据权利要求8所述的自动电压控制元件，其特征在于：

所述第一电极为所述自动电压控制元件的第一信号连接端，或者，所述第一电极与所述第三电极连通后作为所述自动电压控制元件的第一信号连接端；

所述第二电极为所述自动电压控制元件的第二信号连接端；

所述第四电极为所述自动电压控制元件的第三信号连接端。

11.根据权利要求9所述的自动电压控制元件，其特征在于，所述第一信号连接端和所述第三信号连接端用于连接电源，所述第二信号连接端和所述第三信号连接端用于连接负载。

12.根据权利要求10所述的自动电压控制元件，其特征在于，所述第一信号连接端和所述第三信号连接端用于连接电源，所述第二信号连接端和所述第三信号连接端用于连接负载。

13.根据权利要求1-12任一项所述的自动电压控制元件，其特征在于，还包括：密封部件，所述支撑部件、第一弹性部件、第二弹性部件、第一电极、第二电极、第三电极和第四电极位于所述密封部件内部；

所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极分别连接各自的引线，这些引线延伸至所述密封部件外部。

14.根据权利要求1-12任一项所述的自动电压控制元件，其特征在于，所述第一弹性部件和第二弹性部件为同种材料；所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极为同种材料。

15.根据权利要求14所述的自动电压控制元件，其特征在于，所述第一弹性部件和第二弹性部件为硅体薄膜或双向拉伸聚丙烯薄膜；

所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极的材料为银、铜、锌或锡。