RU2702981C1 - Electrostatic microelectromechanical generator for chemical current source charging - Google Patents

Electrostatic microelectromechanical generator for chemical current source charging Download PDF

Info

Publication number
RU2702981C1
RU2702981C1 RU2018125201A RU2018125201A RU2702981C1 RU 2702981 C1 RU2702981 C1 RU 2702981C1 RU 2018125201 A RU2018125201 A RU 2018125201A RU 2018125201 A RU2018125201 A RU 2018125201A RU 2702981 C1 RU2702981 C1 RU 2702981C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diode
capacitor
current source
anode
cathode
Prior art date
Application number
RU2018125201A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Павлович Драгунов
Родион Евгеньевич Синицкий
Дмитрий Иванович Остертак
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
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 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет"
Priority to RU2018125201A priority Critical patent/RU2702981C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2702981C1 publication Critical patent/RU2702981C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to microelectromechanical generators converting energy of mechanical vibrations into electric energy, and can be used for charging a chemical current source. Electrostatic microelectromechanical generator for charging a chemical current source comprises a constant capacitor, a first diode connected by an anode to a negative pole of the chemical current source, a first variable capacitor connected to the first diode cathode and a constant capacitor, and the second electrode connected to the negative terminal of the voltage source, the second diode connected by the anode to the positive terminal of the voltage source, and the cathode connected to the second electrode of the constant capacitor, a second variable capacitor connected to the anode of the second diode and connected to the positive terminal of the voltage source, a third diode connected by the cathode to the second electrode of the second variable capacitor and connected to the positive pole of the chemical current source, and anode connected to cathode of second diode and second electrode of constant capacitor, stabilitron, connected by cathode with first variable capacitor, first diode cathode and constant capacitor, and anode connected to constant capacitor, second diode cathode and anode of third diode.
EFFECT: wider range of amplitudes of external mechanical oscillations, in which the device recharges the chemical current source, as well as elimination of the phase of discharge of the chemical current source during operation of the generator.
1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, в частности к микроэлектромеханическим генераторам, преобразующим энергию механических колебаний в электрическую энергию, и может быть использовано для подзаряда химического источника тока.The present invention relates to electrical engineering, in particular to microelectromechanical generators that convert the energy of mechanical vibrations into electrical energy, and can be used to recharge a chemical current source.

Известен электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока, содержащий три диода, электронный ключ, один постоянный конденсатор и два переменных конденсатора (de Queiroz А.С.М., Domingues М. Electrostatic energy harvesting using doublers of electricity// Circuits and systems: Proc. / 54th IEEE International Midwest Symposium on, Seoul, Korea, Aug. 7-10, 2011. - Seoul, 2011. - P. 1-4), в котором катод первого диода соединен с постоянным конденсатором, первым переменным конденсатором и электронным ключом, второй электрод электронного ключа подключен к положительному полюсу химического источника тока, второй электрод первого переменного конденсатора соединен с анодом второго диода и вторым переменным конденсатором, катод второго диода соединен со вторым электродом постоянного конденсатора, анодом третьего диода и подключен к отрицательному полюсу химического источника тока, катод третьего диода соединен со вторым электродом второго переменного конденсатора и анодом первого диода.Known electrostatic microelectromechanical generator for charging a chemical current source, containing three diodes, an electronic switch, one constant capacitor and two variable capacitors (de Queiroz A.C. M., Domingues M. Electrostatic energy harvesting using doublers of electricity // Circuits and systems: Proc. / 54th IEEE International Midwest Symposium on, Seoul, Korea, Aug. 7-10, 2011. - Seoul, 2011. - P. 1-4), in which the cathode of the first diode is connected to a constant capacitor, a first variable capacitor and an electronic key, the second electrode of the electronic key is connected to the positive pole of the chemical source current source, the second electrode of the first alternating capacitor is connected to the anode of the second diode and the second alternating capacitor, the cathode of the second diode is connected to the second electrode of the constant capacitor, the anode of the third diode and connected to the negative pole of the chemical current source, the cathode of the third diode is connected to the second electrode of the second alternating capacitor and the anode of the first diode.

Однако указанное устройство способно работать только при глубине модуляции емкости переменных конденсаторов не менее 1,618, что не позволяет генератору работать при малых амплитудах внешних механических колебаний, и содержит электронный ключ, который требует применения дополнительной схемы управления, что усложняет конструкцию.However, this device is able to work only with a modulation depth of the capacitance of variable capacitors of at least 1.618, which does not allow the generator to operate at small amplitudes of external mechanical vibrations, and contains an electronic key that requires the use of an additional control circuit, which complicates the design.

Кроме того, известен электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока (Электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока [Текст]: пат. 2528430 С2 Рос. Федерация: МПК H02N 1/00 / Драгунов В.П., Доржиев В.Ю.; заявитель и патентообладатель Новосибирск, гос. техн. унив. - №2013101854/07; заявл. 15.01.13; опубл. 20.09.14, Бюл. №26. - 5 с.: ил.), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий три диода, два переменных конденсатора и стабилитрон, в котором катод первого диода соединен с постоянным конденсатором, катодом стабилитрона и первым переменным конденсатором, второй электрод первого переменного конденсатора соединен с анодом второго диода и вторым переменным конденсатором, катод второго диода подключен к отрицательному полюсу химического источника тока и соединен с анодом третьего диода, катод третьего диода соединен со вторым электродом второго переменного конденсатора и анодом первого диода, положительный полюс химического источника тока соединен с анодом стабилитрона и вторым электродом постоянного конденсатора.In addition, an electrostatic microelectromechanical generator for recharging a chemical current source is known (Electrostatic microelectromechanical generator for recharging a chemical current source [Text]: US Pat. 2528430 C2 Russian Federation: IPC H02N 1/00 / Dragunov VP, Dorzhiev V.Yu. ; applicant and patent holder Novosibirsk, state technical university - No. 2013101854/07; application Jan. 15, 13; publ. September 20, 2014, Bull. No. 26. - 5 pp .: ill.), which is a prototype of the invention and containing three diodes, two variable capacitors and a zener diode, in which the cathode of the first the ode is connected to a constant capacitor, the zener diode cathode and the first alternating capacitor, the second electrode of the first alternating capacitor is connected to the anode of the second diode and the second alternating capacitor, the cathode of the second diode is connected to the negative pole of the chemical current source and connected to the anode of the third diode, the cathode of the third diode is connected to the second electrode of the second variable capacitor and the anode of the first diode, the positive pole of the chemical current source is connected to the anode of the zener diode and the second electrode constant capacitor.

Однако указанный электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока способен работать только при глубине модуляции емкости переменных конденсаторов не менее 1,618, что не позволяет генератору работать при малых амплитудах внешних механических колебаний, а также содержит фазу разряда химического источника тока, что уменьшает средний ток через химический источник тока за цикл модуляции емкости.However, the specified electrostatic microelectromechanical generator for recharging a chemical current source is only able to operate at a depth of modulation of the capacitance of variable capacitors of at least 1.618, which does not allow the generator to operate at small amplitudes of external mechanical vibrations, and also contains the discharge phase of the chemical current source, which reduces the average current through the chemical current source per capacity modulation cycle.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является расширение диапазона глубины модуляции емкости переменных конденсаторов, позволяющее генератору осуществлять подзаряд химического источника тока при меньших амплитудах внешних механических колебаний, а также исключение фазы разряда химического источника тока в процессе работы генератора.The objective (technical result) of the present invention is to expand the range of depth of modulation of the capacitance of variable capacitors, allowing the generator to recharge the chemical current source at lower amplitudes of external mechanical vibrations, as well as to eliminate the phase of the discharge of the chemical current source during generator operation.

Поставленная задача достигается тем, что в известный электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока, содержащий постоянный конденсатор, первый диод, стабилитрон, первый переменный конденсатор, соединенный с катодом первого диода, катодом стабилитрона и постоянным конденсатором, второй диод, соединенный анодом со вторым электродом первого переменного конденсатора, а катодом подключенный к отрицательному полюсу химического источника тока, второй переменный конденсатор, соединенный с анодом второго диода и вторым электродом первого переменного конденсатора, третий диод, соединенный катодом со вторым электродом второго переменного конденсатора и анодом первого диода, а анодом соединенный с катодом второго диода и подключенный к отрицательному полюсу химического источника тока, второй электрод постоянного конденсатора и анод стабилитрона подключены к положительному полюсу химического источника тока, введен источник напряжения, подключенный отрицательным полюсом ко второму электроду первого переменного конденсатора, а положительным полюсом подключенный к первому электроду второго переменного конденсатора и аноду второго диода, при этом отсутствует соединение второго электрода первого переменного конденсатора с анодом второго диода и первым электродом второго переменного конденсатора, а также изменено расположение химического источника тока, путем отключения его положительного полюса от анода стабилитрона и второго электрода постоянного конденсатора, а отрицательного полюса - от катода второго диода и анода третьего диода и подключения его положительного полюса ко второму электроду второго переменного конденсатора и катоду третьего диода, а отрицательного полюса - к аноду первого диода, при этом анод стабилитрона соединен со вторым электродом постоянного конденсатора, катодом второго диода и анодом третьего диода, а также отсутствует соединение анода первого диода со вторым электродом второго переменного конденсатора и катодом третьего диода.This object is achieved in that in a known electrostatic microelectromechanical generator for charging a chemical current source containing a constant capacitor, a first diode, a zener diode, a first alternating capacitor connected to a cathode of a first diode, a zener diode cathode and a constant capacitor, a second diode connected by an anode to a second electrode the first variable capacitor, and the cathode connected to the negative pole of the chemical current source, the second alternating capacitor connected to a the second diode and the second electrode of the first alternating capacitor, the third diode connected to the second electrode of the second alternating capacitor and the anode of the first diode, and the anode connected to the cathode of the second diode and connected to the negative pole of the chemical current source, the second constant-current electrode and the zener diode are connected to the positive pole of the chemical current source, a voltage source is introduced, connected by a negative pole to the second electrode of the first alternating condensate ra, and connected to the first electrode of the second alternating capacitor and the anode of the second diode with a positive pole, while the second electrode of the first alternating capacitor is not connected to the anode of the second diode and the first electrode of the second alternating capacitor, and the location of the chemical current source is changed by disconnecting its positive pole from the anode of the zener diode and the second electrode of the constant capacitor, and the negative pole from the cathode of the second diode and the anode of the third diode and connect it the positive pole to the second electrode of the second variable capacitor and the cathode of the third diode, and the negative pole to the anode of the first diode, while the zener diode anode is connected to the second constant capacitor electrode, the cathode of the second diode and the anode of the third diode, and there is no connection between the anode of the first diode and the second the electrode of the second variable capacitor and the cathode of the third diode.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого электростатического микроэлектромеханического генератора для подзаряда химического источника тока.The drawing shows a circuit diagram of the proposed electrostatic microelectromechanical generator for recharging a chemical current source.

Предлагаемый генератор содержит диоды 1-3; переменные конденсаторы 4, 5; стабилитрон 6 и постоянный конденсатор 7. Катод диода 1 соединен с катодом стабилитрона 6, постоянным конденсатором 7 и переменным конденсатором 4, второй электрод переменного конденсатора 4 подключен к отрицательному полюсу источника напряжения, анод диода 2 и переменный конденсатор 5 подключены к положительному полюсу источника напряжения, катод диода 2 соединен со вторым электродом постоянного конденсатора 7, анодом стабилитрона 6 и анодом диода 3, катод диода 3 соединен со вторым электродом переменного конденсатора 5 и подключен к положительному полюсу химического источника тока, анод диода 1 подключен к отрицательному полюсу химического источника тока.The proposed generator contains diodes 1-3; variable capacitors 4, 5; the zener diode 6 and a constant capacitor 7. The cathode of the diode 1 is connected to the cathode of the zener diode 6, a constant capacitor 7 and a variable capacitor 4, the second electrode of the variable capacitor 4 is connected to the negative pole of the voltage source, the anode of the diode 2 and the variable capacitor 5 are connected to the positive pole of the voltage source, the cathode of the diode 2 is connected to the second electrode of the constant capacitor 7, the anode of the zener diode 6 and the anode of the diode 3, the cathode of the diode 3 is connected to the second electrode of the variable capacitor 5 and connected to flax pole of the electrochemical cell, the anode of the diode 1 is connected to the negative pole of the electrochemical cell.

Предлагаемый генератор работает следующим образом. Под действием внешних механических колебаний емкость переменных конденсаторов 4 и 5 изменяется в противофазе, глубина модуляции емкости при этом зависит от амплитуды внешних механических колебаний. При увеличении емкости переменного конденсатора 4 (уменьшении емкости переменного конденсатора 5) через диоды 1 и 2 течет ток, создаваемый источником напряжения, переменный конденсатор 4 заряжается, а переменный конденсатор 5 разряжается через химический источник тока (течет ток подзаряда). При уменьшении емкости переменного конденсатора 4 (увеличении емкости переменного конденсатора 5) переменный конденсатор 4 разряжается, заряжая постоянный конденсатор 7 и переменный конденсатор 5. Таким образом, с каждым новым циклом напряжение на конденсаторе 7 растет, а химический источник тока заряжается в каждом новом цикле. При этом в процессе работы генератора исключается фаза разряда химического источника токаThe proposed generator operates as follows. Under the influence of external mechanical vibrations, the capacitance of the variable capacitors 4 and 5 changes in antiphase, the depth of modulation of the capacitance in this case depends on the amplitude of the external mechanical vibrations. When the capacitance of the variable capacitor 4 is increased (the capacitance of the variable capacitor 5 decreases), the current generated by the voltage source flows through diodes 1 and 2, the variable capacitor 4 is charged, and the variable capacitor 5 is discharged through a chemical current source (charging current flows). When the capacity of the variable capacitor 4 decreases (the capacity of the variable capacitor 5 increases), the variable capacitor 4 discharges, charging the constant capacitor 7 and the variable capacitor 5. Thus, with each new cycle, the voltage on the capacitor 7 increases, and the chemical current source is charged in each new cycle. In this case, during the operation of the generator, the discharge phase of the chemical current source is excluded

При глубине модуляции емкости переменных конденсаторов более 1, но менее 1,618, с каждым последующим циклом приращение заряда конденсатора 7 уменьшается. В результате в течение нескольких циклов работы генератора после подключения его к химическому источнику тока и источнику напряжения постоянный конденсатор 7 зарядится до некоторого стабилизированного напряжения.When the depth of modulation of the capacitance of the variable capacitors is more than 1, but less than 1.618, with each subsequent cycle the increment of the charge of the capacitor 7 decreases. As a result, for several cycles of operation of the generator after connecting it to a chemical current source and voltage source, the constant capacitor 7 is charged to a certain stabilized voltage.

При глубине модуляции емкости переменных конденсаторов более или равной 1,618, с каждым последующим циклом приращение заряда конденсатора 7 увеличивается. В результате в течение нескольких циклов работы генератора после подключения его к химическому источнику тока и источнику напряжения постоянный конденсатор 7 зарядится до напряжения стабилизации стабилитрона 6.When the depth of modulation of the capacitance of the variable capacitors is greater than or equal to 1.618, with each subsequent cycle, the charge increment of the capacitor 7 increases. As a result, for several cycles of operation of the generator after connecting it to a chemical current source and voltage source, the constant capacitor 7 is charged to the stabilization voltage of the zener diode 6.

Таким образом, за счет введения источника напряжения, предлагаемый электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока позволяет использовать расширенный диапазон глубины модуляции емкости переменных конденсаторов и, соответственно, имеет расширенный диапазон амплитуд внешних механических колебаний, при которых устройство обеспечивает подзаряд химического источника тока, а также исключает фазу разряда химического источника тока в процессе работы генератора.Thus, due to the introduction of a voltage source, the proposed electrostatic microelectromechanical generator for charging a chemical current source allows you to use the extended range of the modulation depth of the capacitance of variable capacitors and, accordingly, has an extended range of amplitudes of external mechanical vibrations at which the device provides recharge of the chemical current source, and excludes the phase of the discharge of the chemical current source during the operation of the generator.

Claims (1)

Электростатический микроэлектромеханический генератор для подзаряда химического источника тока, содержащий постоянный конденсатор, первый диод, стабилитрон, первый переменный конденсатор, соединенный с катодом первого диода, катодом стабилитрона и постоянным конденсатором, второй диод, соединенный анодом со вторым электродом первого переменного конденсатора, а катодом подключенный к отрицательному полюсу химического источника тока, второй переменный конденсатор, соединенный с анодом второго диода и вторым электродом первого переменного конденсатора, третий диод, соединенный катодом со вторым электродом второго переменного конденсатора и анодом первого диода, а анодом соединенный с катодом второго диода и подключенный к отрицательному полюсу химического источника тока, второй электрод постоянного конденсатора и анод стабилитрона подключены к положительному полюсу химического источника тока, отличающийся тем, что в него введен источник напряжения, подключенный отрицательным полюсом ко второму электроду первого переменного конденсатора, а положительным полюсом подключенный к первому электроду второго переменного конденсатора и аноду второго диода, а химический источник тока подключен положительным полюсом ко второму электроду второго переменного конденсатора и катоду третьего диода, а отрицательным полюсом подключен к аноду первого диода.An electrostatic microelectromechanical generator for charging a chemical current source containing a constant capacitor, a first diode, a zener diode, a first alternating capacitor connected to a cathode of a first diode, a zener diode cathode and a constant capacitor, a second diode connected by an anode to a second electrode of a first alternating capacitor, and a cathode connected to the negative pole of the chemical current source, the second alternating capacitor connected to the anode of the second diode and the second electrode of the first trans a capacitor, a third diode connected to the second electrode of the second alternating capacitor and the anode of the first diode, and the anode connected to the cathode of the second diode and connected to the negative pole of the chemical current source, the second constant capacitor electrode and the zener diode are connected to the positive pole of the chemical current source, characterized in that a voltage source is connected to it, connected by a negative pole to the second electrode of the first variable capacitor, and by a positive field ohm coupled to the first electrode of the second variable capacitor and the anode of the second diode, and chemical current source connected to the positive pole to the second electrode of the second variable capacitor and the cathode of the third diode and the negative terminal is connected to the anode of the first diode.
RU2018125201A 2018-07-09 2018-07-09 Electrostatic microelectromechanical generator for chemical current source charging RU2702981C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018125201A RU2702981C1 (en) 2018-07-09 2018-07-09 Electrostatic microelectromechanical generator for chemical current source charging

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018125201A RU2702981C1 (en) 2018-07-09 2018-07-09 Electrostatic microelectromechanical generator for chemical current source charging

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2702981C1 true RU2702981C1 (en) 2019-10-14

Family

ID=68280135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018125201A RU2702981C1 (en) 2018-07-09 2018-07-09 Electrostatic microelectromechanical generator for chemical current source charging

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2702981C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU968864A1 (en) * 1981-04-02 1982-10-23 Предприятие П/Я В-8616 Variable capacitor
WO1989008343A1 (en) * 1988-02-26 1989-09-08 Black & Decker Inc. Battery charger
RU2528430C2 (en) * 2013-01-15 2014-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Electrostatic microelectromechanical generator for additional charging of chemical current source

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU968864A1 (en) * 1981-04-02 1982-10-23 Предприятие П/Я В-8616 Variable capacitor
WO1989008343A1 (en) * 1988-02-26 1989-09-08 Black & Decker Inc. Battery charger
RU2528430C2 (en) * 2013-01-15 2014-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Electrostatic microelectromechanical generator for additional charging of chemical current source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lefeuvre et al. Self-biased inductor-less interface circuit for electret-free electrostatic energy harvesters
Kwon et al. A single-inductor AC-DC piezoelectric energy-harvester/battery-charger IC converting±(0.35 to 1.2 V) to (2.7 to 4.5 V)
Redondo A DC voltage-multiplier circuit working as a high-voltage pulse generator
US10587188B2 (en) Resonant pulsed voltage multiplier and capacitor charger
US11909337B2 (en) Dielectric elastomer power generation system
US10097085B2 (en) System and method for generating high pulsed power, comprising a single power supply
Dragunov et al. Electrostatic vibration energy harvester with increased charging current
WO2014193254A1 (en) Modular generator for bipolar or unipolar pulses with correction of voltage decay integrated in power semiconductor modules
JP2013061163A (en) Electric leakage detector
RU2528430C2 (en) Electrostatic microelectromechanical generator for additional charging of chemical current source
RU2692092C1 (en) Electrostatic microelectromechanical generator for chemical current source charging
RU2702981C1 (en) Electrostatic microelectromechanical generator for chemical current source charging
RU2717333C1 (en) Electrostatic microelectromechanical generator for chemical current source charging
RU2716813C1 (en) Electrostatic microelectromechanical generator for chemical current source charging
RU2774299C1 (en) Electrostatic microelectromechanical generator for charging a chemical current source
US11121648B2 (en) Piezoelectric generator
Cobaleda et al. Low-voltage cascade multilevel inverter with gan devices for energy storage system
RU2804903C1 (en) Electrostatic microelectromechanical generator for charging a chemical current source
de Queiroz Electrostatic energy harvesting without active control circuits
Huq et al. Comprehensive comparative analysis of piezoelectric energy harvesting circuits for battery charging applications
TWI499164B (en) Cell interface
Dragunov et al. A modified electret microelectromechanical generator with autostabilization Mode
RU2732901C1 (en) Charging method of accumulator
CN111656687A (en) Sensor device for sensing external signals
RU2745112C1 (en) Nanosecond pulse generator