基于SECE振动能量收集模块的设计与实现

飞机飞行过程中存在很多振动能,如果可以高效地对振动能量进行收集给传感器供电具有重大意义。针对悬臂梁式压电收集装置的输出功率不高,且现有的电荷提取电路开关管不易达到精确控制的问题,提出了运用MSP430FE425单片机进行精确采样以及开关控制实现方案。通过单片机检测压电片最大振幅值,并控制同步电荷提取电路(SECE电路)进行电荷提取,解决了SECE电路精确开关控制问题。

超低启动阈值自供电SECE电源管理电路

压电换能器通常输出微弱,使用辅助电源的自供电控制电路功耗大,其电源管理电路启动阈值高,启动速度慢,转换效率低。对同步电荷提取(SECE)电路进行建模和理论推导,提出了一种间歇性自供电控制电路原理。根据SECE电路输出的最大功率点,间歇性地给控制电路非常短时间供电,并解决了间歇供电易造成逻辑混乱的问题,大幅度减小自供电电路的功耗,提高电路的效率,电路在极低输入功率下也能快速启动。实验结果表明,在压电换能器输出21 Hz、3.6 V电压时,控制电路功耗低至0.19μW,是常规控制电路总功耗的1/134;管理电路的启动功率阈值仅为0.39μW,低于通常电路的1/14。该控制电路的工作原理也适用于其他容性内阻换能器的微弱能量采集和高效管理电路。

采煤机摇臂振动能量收集电路的设计

采煤机摇臂产生的振动能量充足,可进行收集为无线状态监控系统供电。其中振动能量收集接口电路是能量收集的关键部分,为提高能量收集效率,保证采煤机摇臂无线传感器网络可靠稳定工作,设计出符合采煤机工况环境的双并联同步开关电感电荷提取电路(DPSSI-SECE),包括原理分析、理论计算及软件仿真。针对采煤机摇臂振动频率的复杂性,难以产生精确的控制信号,提出了基于STC15W4K32S4单片机的电流信号过零点控制方法。结果表明DPSSI-SECE电路输出功率最高可达760μW,与SECE(同步电荷提取)电路相比输出功率提高了近194.6%,约为其2.8倍,且在负载变化时输出功率基本保持不变;同时利用软硬件电路所产生的控制信号与直接计算法相比误差仅为0.6%。