一种峰值监测开关电路及采用峰值监测开关电路的微电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于微能源与自供能的微无线传感器领域，尤其设及一种峰值监测开 关电路及采用峰值监测开关电路的微电源。
【背景技术】
[0002] 微压电振动发电技术是无线传感技术向微型化和实用化发展的关键技术之一。在 已有的几类能量回收技术中，基于压电材料的振动能量回收技术最有发展前途，该是因为 其具有能量密度高，结构简单，易于实现系统集成，成本较低及无电磁干扰的特点。而利用 MEMS技术制作的微电源，可将器件微型化、批量化，使其与已经逐步微型化的无线传感器节 点等其他电子器件更好地集成在一起，最终实现自供能的无线传感器节点等微器件系统。 根据国内外文献显示，基于MEMS技术的压电振动发电机构的研究主要集中在最近几年，总 的文献不多。目前，MEMS压电能量采集器主要采用的悬臂梁结构。
[0003] 2009年美国Auburn大学的化en等人设计制造了一款压电MEMS的振动发电机 构，其大小约为0. 769mm3,在183.8监的共振频率、0. 75g加速度条件下，输出的功率为 0. 32uW。2011年，美国的UCBerkel巧大学的Yen等人设计了一种波状ALN压电振动发电 机构，波状结构主要用来提高器件的效率。该器件单个波状结构共振频率为2. 56KHZ，在 0. 25g的加速度条件下，能够输出4. 9nW的电能。将多个波状结构串联在Ig加速度、853化 共振频率激励下，输出的功率可达0. 17yW。
[0004] 2009年中国台湾国立大学Lee等人采用喷雾沉积方法制备了娃基PZT厚膜，设计 制造了d31和d33两种模式的压电振动发电机构。尺寸都为500X1500X500ym3。在2. 5g 振源加速度、255. 6化的共振频率下，前者可W获得2. 765yW的功率输出。在在2g振源加 速度、214化的共振频率下，后者可W获得1. 288yW的最大输出功率。
[0005] (2)现有技术存在的问题和缺点
[0006] ①微压电振动发电机构的电能输出效率比较低。目前的基于微压电悬臂梁式振动 发电机构的微电源均采用由滤波电容与二极管整流电桥组成的外围接口电路，结构比较简 单，但输出效率也比较低，原因是它没有将微压电振动发电机构产生的全部电能输出。
[0007] ②缺少精确的理论分析和设计计算方法。由于不能根据结构设计参数对微电源的 固有频率和电能输出进行准确的理论分析和预测，也就无法针对特定的应用环境（振动频 率）和技术指标要求（电源功率）进行结构参数的理论计算设计，而只能W经验设计和实 验测试分析为主，设计制作周期比较长，浪费也比较大。 【实用新型内容】
[000引为了解决现有技术的缺点，本实用新型提供了一种峰值监测开关电路及采用峰值 监测开关电路的微电源，实现了对传统峰值监测开关电路进行了改进，W及构建了微压电 悬臂梁式振动发电机构的动力学模型。
[0009] 本实用新型采用的技术方案为：
[0010] 一种峰值监测开关电路，包括：
[0011] 整流桥，所述整流桥的输入端为峰值监测开关电路的输入端，第一二极管和第一 电容串联后再并联至整流桥的输出端，第一二极管的阴极与第一电容相连，第一二极管的 阴极与第一电容的连接点与PNP型S极管的发射极相连，第一二极管的阳极与PNP型S极 管的基极相连，所述PNP型S极管的集电极与第二二极管的阳极相连，第二二极管的阴极 与NPN型S极管的基极相连，NPN型S极管的集电极与第S二极管的阴极相连，第S二极管 的阳极与PNP型S极管的基极相连，NPN型S极管的发射极通过电感L接地，电感L与电容 C并联，电容C与负载R并联，电感L与电容C之间串联有第四二极管，第四二极管的阳极连 接至NPN型S极管的发射极；所述负载R的两端为峰值监测开关电路的输出端。
[0012] 一种采用峰值监测开关电路的微电源，包括：
[0013] 微压电悬臂梁式振动发电机构，所述微压电悬臂梁式振动发电机构的输出端与峰 值监测开关电路的输入端相连，所述峰值监测开关电路的输出端与负载相连；当微压电悬 臂梁式振动发电机构输出的电压达到峰值时，峰值监测开关电路导通，对负载供电；
[0014] 所述峰值监测开关电路，包括整流桥，所述整流桥的输入端连接微压电悬臂梁式 振动发电机构的输出端，第一二极管和第一电容串联后再并联至整流桥的输出端，第一二 极管的阴极与第一电容相连，第一二极管的阴极与第一电容的连接点与PNP型S极管的发 射极相连，第一二极管的阳极与PNP型S极管的基极相连，所述PNP型S极管的集电极与第 二二极管的阳极相连，第二二极管的阴极与NPN型S极管的基极相连，NPN型S极管的集电 极与第S二极管的阴极相连，第S二极管的阳极与PNP型S极管的基极相连，NPN型S极管 的发射极通过电感L接地，电感L与电容C并联，电容C与负载R并联，电感L与电容C之 间串联有第四二极管，第四二极管的阳极连接至NPN型S极管的发射极；所述负载R的两端 为峰值监测开关电路的输出端；所述峰值监测开关电路的输出端为所述微电源的输出端。
[0015] 所述微压电悬臂梁式振动发电机构，包括基座，所述基座与多层结构的一端相连， 所述多层结构的另一端悬空，所述多层结构上设有质量块；所述多层结构包括支撑层，所述 支撑层上依次设有绝缘层、第一电极层、压电层和第二电极层。
[0016] 微压电悬臂梁式振动发电机构的动力学模型为：
[0017]
【主权项】
1. 一种峰值监测开关电路，其特征在于，包括： 整流桥，所述整流桥的输入端为峰值监测开关电路的输入端，第一二极管和第一电容 串联后再并联至整流桥的输出端，第一二极管的阴极与第一电容相连，第一二极管的阴极 与第一电容的连接点与PNP型三极管的发射极相连，第一二极管的阳极与PNP型三极管的 基极相连，所述PNP型三极管的集电极与第二二极管的阳极相连，第二二极管的阴极与NPN 型三极管的基极相连，NPN型三极管的集电极与第三二极管的阴极相连，第三二极管的阳极 与PNP型三极管的基极相连，NPN型三极管的发射极通过电感L接地，电感L与电容C并 联，电容C与负载R并联，电感L与电容C之间串联有第四二极管，第四二极管的阳极连接 至NPN型三极管的发射极；所述负载R的两端为峰值监测开关电路的输出端。
2. -种采用峰值监测开关电路的微电源，其特征在于，包括： 微压电悬臂梁式振动发电机构，所述微压电悬臂梁式振动发电机构的输出端与峰值监 测开关电路的输入端相连，所述峰值监测开关电路的输出端与负载相连；当微压电悬臂梁 式振动发电机构输出的电压达到峰值时，峰值监测开关电路导通，对负载供电； 所述峰值监测开关电路，包括整流桥，所述整流桥的输入端连接微压电悬臂梁式振动 发电机构的输出端，第一二极管和第一电容串联后再并联至整流桥的输出端，第一二极管 的阴极与第一电容相连，第一二极管的阴极与第一电容的连接点与PNP型三极管的发射极 相连，第一二极管的阳极与PNP型三极管的基极相连，所述PNP型三极管的集电极与第二二 极管的阳极相连，第二二极管的阴极与NPN型三极管的基极相连，NPN型三极管的集电极与 第三二极管的阴极相连，第三二极管的阳极与PNP型三极管的基极相连，NPN型三极管的发 射极通过电感L接地，电感L与电容C并联，电容C与负载R并联，电感L与电容C之间串 联有第四二极管，第四二极管的阳极连接至NPN型三极管的发射极；所述负载R的两端为峰 值监测开关电路的输出端；所述峰值监测开关电路的输出端为所述微电源的输出端。
3. 如权利要求2所述的一种采用峰值监测开关电路的微电源，其特征在于，所述微压 电悬臂梁式振动发电机构，包括基座，所述基座与多层结构的一端相连，所述多层结构的另 一端悬空，所述多层结构上设有质量块；所述多层结构包括支撑层，所述支撑层上依次设有 绝缘层、第一电极层、压电层和第二电极层。
4. 如权利要求3所述的一种采用峰值监测开关电路的微电源，其特征在于，所述质量 块设置于多层结构的悬空端，所述多层结构的悬空端的形状为T型或弧形。
【专利摘要】本实用新型公开了一种峰值监测开关电路及采用峰值监测开关电路的微电源，该微电源包括微压电悬臂梁式振动发电机构，所述微压电悬臂梁式振动发电机构的输出端与峰值监测开关电路的输入端相连，所述峰值监测开关电路的输出端与负载相连；当微压电悬臂梁式振动发电机构输出的电压达到峰值时，峰值监测开关电路导通，对负载供电。
【IPC分类】H02N2-18, G01R19-165
【公开号】CN204559442
【申请号】CN201520296107
【发明人】霍睿, 崔兴可, 王志东, 张道坤
【申请人】山东大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月8日