一种开关控制电路及自供电电路的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种开关控制电路及自供电电路。
【背景技术】
[0002]压电式发电是利用压电效应将机械能转换成电能的一种发电方式，压电材料在受到外界激励发生形变的同时会在其两个相对表面产生电荷，通过能量回收电路提取该电荷并储存便可作为电源为微电子产品或系统供电。目前研究较多的压电发电能量回收电路有同步电荷提取电路、串(并)联电感同步开关电路和双同步开关电感电路。在外界激励下压电材料输出的电压呈正弦规律变化，以上电路在压电材料两端电压达到最大时导通、在经过1/4或1/2个LC振荡周期后关断才能使电能回收效率最大。因此，压电式发电能量回收电路的开关控制方式是提高压电式发电能量转换效率的关键因素。
[0003]目前常用的直接采用单片机检测压电材料电压极值的方式存在不可忽视的缺陷:单片机程序通过A/D转换比较采样值的大小，从而找出采样值中的最大值，并在该值对应的时刻输出开关控制信号。但采样值中的最大值并不是压电材料两端真实的电压极值，从而导致开关动作时刻不准确，影响能量回收的效率。而且不同的回收电路在开关闭合时长上有差异，该控制方式在程序编写上的针对性较强，不便于直接应用于多种回收电路。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种开关控制电路及自供电电路，所述开关控制电路能够保证开关动作的准确性，提高压电式发电能量回收效率；所述自供电电路能够在不依赖外部电源的情况下自动为所述开关控制电路供电。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案:
[0006]第一方面，本发明提供了一种开关控制电路，用于控制能量回收电路对压电发电装置产生的能量进行回收，该开关控制电路包括:分路单元，微分器单元、模拟移相器单元、开环放大电路单元和第一单片机控制单元；
[0007]所述分路单元，用于将压电发电装置中的压电材料两端产生的正弦电压信号分成完全相同的第一正弦电压信号和第二正弦电压信号；
[0008]所述微分器单元，用于将所述第一正弦电压信号转换为第一余弦电压信号；
[0009]所述模拟移相器单元，用于将所述第二正弦电压信号进行Ι/m移相；所述移相后的正弦电压信号经过所述微分器单元，得到第二余弦电压信号；
[0010]所述开环放大电路单元，用于对所述第一余弦电压信号和所述第二余弦电压信号分别进行开环放大，得到幅值和周期均相同的第一方波信号和第二方波信号；
[0011]所述第一单片机控制单元，用于对所述第一方波信号和第二方波信号的跳变沿进行检测，并在检测到所述第一方波信号或第二方波信号的跳变沿时交替输出用于控制开关闭合和断开的控制信号，开关闭合时，所述能量回收电路对所述压电发电装置产生的能量进行回收，开关断开时，所述能量回收电路停止对所述压电发电装置产生的能量的回收。
[0012]进一步地，所述控制信号为高低电平信号，其中，高电平信号用于控制开关闭合，低电平信号用于控制开关断开。
[0013]进一步地，所述m的取值为2或4。
[0014]进一步地，所述开关控制电路还包括运算放大器单元；所述运算放大器单元与所述分路单元相连，用于对所述第一正弦电压信号和第二正弦电压信号进行信号放大。
[0015]进一步地，所述第一单片机控制单元为ATMEGA128单片机。
[0016]第二方面，本发明提供了一种开关控制电路的自供电电路，包括第一超级电容、第二超级电容、第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关和第二单片机控制单元；
[0017]所述第三可控开关的第一端与压电发电装置相连，所述第三可控开关的第二端与所述第二超级电容的第一端相连；
[0018]所述第一可控开关的第一端与压电发电装置相连，所述第一可控开关的第二端与所述第一超级电容的第一端相连；
[0019]所述第四可控开关的第一端与所述第二超级电容的第二端相连，所述第四可控开关的第二端与开关控制电路相连；
[0020]所述第二可控开关的第一端与所述第一超级电容的第二端相连，所述第二可控开关的第二端与开关控制电路相连；
[0021]所述第二单片机控制单元与所述第一超级电容、第二超级电容、第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关和第四可控开关分别相连；
[0022]所述第二单片机控制单元，用于实时监测所述第一超级电容和所述第二超级电容的电量，并根据所述第一超级电容和所述第二超级电容的电量控制第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关和/或第四可控的开闭，以控制压电发电装置为第一超级电容或第二超级电容充电，以及第一超级电容或第二超级电容为所述开关控制电路供电。
[0023]进一步地，所述第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关和/或第四可控开关为N沟道增强型M0S管。
[0024]进一步地，所述第二单片机控制单元为ATMEGA128单片机。
[0025]由上述技术方案可知，本发明所述的开关控制电路实现了检测对象的转换，避开了对压电材料两端正弦电压的极值检测，转而对对应余弦电压信号的过零点检测，降低了检测难度，提高了开关动作的准确性，而且开关闭合时长可由模拟移相器调节，便于应用于多种能量回收电路。本发明所述的开关控制电路的自供电电路通过两个超级电容交替充放电为开关控制电路的有源器件供电，从而保证开关控制电路及其对应的压电发电装置的独立性，使得开关控制电路不再需要外接电源。
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本发明第一个实施例提供的开关控制电路的结构示意图；
[0028]图2是本发明第一个实施例提供的开关控制电路的原理示意图；
[0029]图3是本发明第一个实施例提供的开关控制电路工作过程出现的波形图；
[0030]图4是本发明第一个实施例提供的单片机的工作程序流程图；
[0031]图5是本发明第二个实施例提供的自供电电路的结构示意图；
[0032]图6是本发明第二个实施例提供的自供电电路的原理示意图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]本发明第一个实施例提供了一种开关控制电路，该开关控制电路用于控制能量回收电路对压电发电装置产生的能量进行回收。一般地，所述能量回收电路主要包括同步电荷提取电路、串(并)联电感同步开关电路和双同步开关电感电路。本实施例提供的开关控制电路主要用于控制电荷提取电路进彳丁电荷提取。
[0035]参见图1，该开关控制电路包括:分路单元10，微分器单元20、模拟移相器单元30、开环放大电路单元40和第一单片机控制单元50 ;
[0036]所述分路单元10，用于将压电发电装置