本實(shí)用新型涉及用于將振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的壓電振動(dòng)能量采集系統(tǒng)，尤其涉及一種基于最大功率點(diǎn)跟蹤的壓電振動(dòng)能量采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

振動(dòng)是環(huán)境中廣泛存在的一種能量形式，如大自然中水和空氣的流動(dòng)、工業(yè)機(jī)器運(yùn)作時(shí)的振動(dòng)、交通工具運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)及人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)等都具有振動(dòng)能，而且振動(dòng)能具有較高的能量密度。壓電式振動(dòng)能量采集器利用壓電材料的正壓電效應(yīng)，將環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。目前的壓電式振動(dòng)能量采集器通常由壓電換能器和整流器組成，通過壓電換能器將振動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，但由于環(huán)境中振動(dòng)源的振幅與頻率是交流時(shí)變的，所以壓電換能器輸出的電能是不穩(wěn)定的，無(wú)法直接為負(fù)載供電，需要整流器將壓電換能器輸出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，才能為一般電子系統(tǒng)提供適用的穩(wěn)定直流電。但是目前這種由壓電換能器和整流器組成的壓電式振動(dòng)能量采集器，不僅能量采集的效率低，而且采集的能量受整流器中電容電壓和負(fù)載大小的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能量采集效率較高的基于最大功率點(diǎn)跟蹤的壓電振動(dòng)能量采集系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種基于最大功率點(diǎn)跟蹤的壓電振動(dòng)能量采集系統(tǒng)，包括相互連接的壓電換能器和全橋整流電路，還包括時(shí)序控制電路、最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路、Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器、Buck-Boost單向DC/DC變換器、第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述的時(shí)序控制電路分別與所述的第一開關(guān)、所述的第二開關(guān)、所述的最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路、所述的Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器連接，所述的第一開關(guān)與所述的全橋整流電路連接，所述的第二開關(guān)分別與所述的全橋整流電路、所述的最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路連接，所述的最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路與所述的Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器連接，所述的Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器與所述的全橋整流電路連接，所述的Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器上連接有儲(chǔ)能電容，所述的儲(chǔ)能電容與所述的Buck-Boost單向DC/DC變換器連接，所述的Buck-Boost單向DC/DC變換器的電壓輸出端分別與所述的Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器和負(fù)載連接，且所述的Buck-Boost單向DC/DC變換器的電壓輸出端通過低壓降穩(wěn)壓器LDO給所述的時(shí)序控制電路、所述的最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路和所述的Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器提供工作電源。

進(jìn)一步地，所述的全橋整流電路包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管和濾波電容，所述的第一二極管的正極和所述的第二二極管的負(fù)極相連后與所述的壓電換能器相連接，所述的第一二極管的負(fù)極和所述的第三二極管的負(fù)極同時(shí)與所述的第一開關(guān)的第一接線端、所述的第二開關(guān)的第一接線端相連，所述的第三二極管的正極和所述的第四二極管的負(fù)極相連后與所述的壓電換能器相連接，所述的第四二極管的正極和所述的第二二極管的正極接地，所述的濾波電容的一端與所述的第一開關(guān)的第二接線端相連，所述的濾波電容的另一端接地。

進(jìn)一步地，所述的最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路包括第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、第五二極管、第六二極管、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容和第一NMOS管，所述的第一電阻的一端分別與所述的第五二極管的正極、所述的第一運(yùn)算放大器的反相輸入端相連接，所述的第一電阻的另一端分別與所述的第二運(yùn)算放大器的反相輸入端、輸出端相連接，所述的第五二極管的負(fù)極、所述的第六二極管的正極分別與所述的第一運(yùn)算放大器的輸出端相連接，所述的第六二極管的負(fù)極、所述的第一電容的一端、所述的第二電阻的一端分別與所述的第二運(yùn)算放大器的同相輸入端相連接，所述的第二運(yùn)算放大器的輸出端與所述的Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器相連接，所述的第一電容的另一端接地，所述的第二電阻的另一端與所述的第一NMOS管的漏極相連接，所述的第一NMOS管的源極接地，所述的第一NMOS管的柵極與所述的時(shí)序控制電路相連接，所述的第三電阻的一端、所述的第四電阻的一端分別與所述的第一運(yùn)算放大器的同相輸入端相連接，所述的第三電阻的另一端與所述的第二開關(guān)的第二接線端相連接，所述的第四電阻的另一端接地。

進(jìn)一步地，所述的時(shí)序控制電路包括NE556雙時(shí)基芯片、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容和反相器7404，所述的第五電阻的一端、所述的第七電阻的一端、所述的NE556雙時(shí)基芯片的4腳、10腳、14腳分別與工作電源相連接，所述的第五電阻的另一端、所述的第六電阻的一段分別與所述的NE556雙時(shí)基芯片的1腳相連接，所述的第六電阻（R6）的另一端與所述的第二電容的一端相連后與所述的NE556雙時(shí)基芯片的2腳、6腳相連接，所述的第三電容的一端與所述的NE556雙時(shí)基芯片的3腳相連接，所述的第二電容的另一端、所述的第三電容的另一端和所述的NE556雙時(shí)基芯片的7腳均接地，所述的第七電阻的另一端與所述的第四電容的一端相連后與所述的NE556雙時(shí)基芯片的12腳、13腳相連接，所述的第五電容的一端與所述的NE556雙時(shí)基芯片的11腳相連接，所述的第四電容的另一端和所述的第五電容的另一端接地，所述的反相器7404的1腳分別與所述的NE556雙時(shí)基芯片的9腳、所述的第二開關(guān)的第三接線端相連接，所述的反相器7404的2腳分別與所述的第一開關(guān)的第三接線端、所述的Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器相連接，所述的反相器7404的3腳和所述的NE556雙時(shí)基芯片的5腳均與所述的NE556雙時(shí)基芯片的8腳相連接，所述的反相器7404的4腳與所述的第一NMOS管的柵極相連接。

進(jìn)一步地，所述的Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器包括第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110、第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110、第六電容、第七電容、第七二極管、第八二極管、第九二極管、第十二極管、第十一片內(nèi)寄生二極管、第十二片內(nèi)寄生二極管、第十三片內(nèi)寄生二極管、第十四片內(nèi)寄生二極管、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻、第十六電阻、第十七電阻、第十八電阻、第十九電阻、第二十電阻、第二十一電阻、第二十二電阻、第二十三電阻、電感、第三運(yùn)算放大器、第四運(yùn)算放大器、第五運(yùn)算放大器、第六運(yùn)算放大器、第七運(yùn)算放大器、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、與門7408、或門7432、反相器7404和鋸齒波發(fā)生電路，所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的9腳、所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的9腳分別與工作電源相連接，所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的3腳、所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的3腳分別與所述的Buck-Boost單向DC/DC變換器的電壓輸出端相連接，所述的第七二極管的正極與所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的3腳相連接，所述的第七二極管的負(fù)極、所述的第六電容的一端與所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的6腳相連接，所述的第六電容的另一端與所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的5腳相連接，所述的第二NMOS管的漏極、所述的第十一片內(nèi)寄生二極管的負(fù)極與所述的濾波電容的一端相連接，所述的第十一片內(nèi)寄生二極管的正極、所述的第二NMOS管的源極與所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的5腳相連接，所述的第二NMOS管的柵極與所述的第八電阻的一端相連接，所述的第八電阻的另一端與所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的7腳相連接，所述的第三NMOS管的漏極、所述的第十二片內(nèi)寄生二極管的負(fù)極、所述的電感的一端與所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的5腳相連接，所述的第三NMOS管的源極、所述的第十二片內(nèi)寄生二極管的正極接地，所述的第三NMOS管的柵極與所述的第十電阻的一端相連接，所述的第十電阻的另一端與所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的1腳相連接，所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的2腳、11腳、13腳接地，所述的第四NMOS管的漏極、所述的第十三片內(nèi)寄生二極管的負(fù)極與所述的儲(chǔ)能電容的一端相連接，所述的儲(chǔ)能電容的另一端接地，所述的第四NMOS管的源極、所述的第十三片內(nèi)寄生二極管的正極、所述的電感的另一端與所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的5腳相連接，所述的第四NMOS管的柵極與所述的第九電阻的一端相連接，所述的第九電阻的另一端與所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的7腳相連接，所述的第五NMOS管的漏極、所述的第十四片內(nèi)寄生二極管的負(fù)極與所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的5腳相連接，所述的第五NMOS管的源極、所述的第十四片內(nèi)寄生二極管的正極接地，所述的第五NMOS管的柵極與所述的第十一電阻的一端相連接，所述的第十一電阻的另一端與所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的1腳相連接，所述的第八二極管的正極與所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的3腳相連接，所述的第八二極管的負(fù)極、所述的第七電容的一端與所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的6腳相連接，所述的第七電容的另一端與所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的5腳相連接，所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的2腳、11腳、13腳接地，所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的12腳與所述的或門7432的3腳相連接，所述的或門7432的1腳、所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的10腳與所述的與門7408的3腳相連接，所述的或門7432的2腳、4腳與所述的反相器7404的6腳相連接，所述的或門7432的5腳、所述的第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的10腳與所述的與門7408的6腳相連接，所述的或門7432的6腳與所述的第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110的12腳相連接，所述的與門7408的1腳與所述的第五運(yùn)算放大器的輸出端相連接，所述的與門7408的2腳、4腳、所述的反相器7404的5腳與所述的反相器7404的2腳相連接，所述的與門7408的5腳與所述的第六運(yùn)算放大器的輸出端相連接，所述的第五運(yùn)算放大器的反相輸入端、所述的第六運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述的鋸齒波發(fā)生電路的輸出端相連接，所述的第五運(yùn)算放大器的同相輸入端、所述的第九二極管的負(fù)極與所述的第二十二電阻的一端相連接，所述的第二十二電阻的另一端接地，所述的第九二極管的正極、所述的第十二電阻的一端與所述的第三運(yùn)算放大器的輸出端相連接，所述的第十二電阻的另一端、所述的第十三電阻的一端與所述的第三運(yùn)算放大器的反相輸入端相連接，所述的第十三電阻的另一端與所述的第二運(yùn)算放大器的輸出端相連接，所述的第十六電阻的一端、所述的第十七電阻的一端與所述的第三運(yùn)算放大器的同相輸入端相連接，所述的第十六電阻的另一端與所述的第七運(yùn)算放大器的輸出端相連接，所述的第十七電阻的另一端接地，所述的第六運(yùn)算放大器的同相輸入端、所述的第十二極管的負(fù)極與所述的第二十三電阻的一端相連接，所述的第二十三電阻的另一端接地，所述的第十二極管的正極、所述的第十八電阻的一端與所述的第四運(yùn)算放大器的輸出端相連接，所述的第十八電阻的另一端、所述的第十九電阻的一端與所述的第四運(yùn)算放大器的反相輸入端相連接，所述的第二十電阻的一端、所述的第二十一電阻的一端與所述的第四運(yùn)算放大器的同相輸入端相連接，所述的第二十電阻的另一端與所述的第二運(yùn)算放大器的輸出端相連接，所述的第二十一電阻的另一端接地，所述的第十九電阻的另一端分別與所述的第七運(yùn)算放大器的輸出端、反相輸入端相連接，所述的第十四電阻的一端、所述的第十五電阻的一端與所述的第七運(yùn)算放大器的同相輸入端相連接，所述的第十四電阻的另一端與所述的濾波電容的另一端相連接，所述的第十五電阻的另一端接地。

進(jìn)一步地，所述的Buck-Boost單向DC/DC變換器的輸入電壓為1～30V，輸出電壓為12V。

所述的低壓降穩(wěn)壓器LDO采用SPX5205芯片。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是該基于最大功率點(diǎn)跟蹤的壓電振動(dòng)能量采集系統(tǒng)能快速根據(jù)當(dāng)前振動(dòng)幅值調(diào)整電路采集狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高效的壓電振動(dòng)能量采集，在正常工作條件下能量提取效率均大于82%，而且與整流器中負(fù)載的變化無(wú)關(guān)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的整體電路框圖；

圖2為本實(shí)用新型的最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路圖；

圖3為本實(shí)用新型的時(shí)序控制電路圖；

圖4為本實(shí)用新型的Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器的電路圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖所示，一種基于最大功率點(diǎn)跟蹤的壓電振動(dòng)能量采集系統(tǒng)，包括相互連接的壓電換能器1和全橋整流電路，還包括時(shí)序控制電路2、最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3、Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4、Buck-Boost單向DC/DC變換器5、第一開關(guān)S1和第二開關(guān)S2，時(shí)序控制電路2分別與第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3、Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4連接，第一開關(guān)S1與全橋整流電路連接，第二開關(guān)S2分別與全橋整流電路、最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3連接，最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3與Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4連接，Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4與全橋整流電路連接，Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4上連接有儲(chǔ)能電容Csto，儲(chǔ)能電容Csto與Buck-Boost單向DC/DC變換器5連接，Buck-Boost單向DC/DC變換器5的電壓輸出端分別與Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4和負(fù)載6連接，且Buck-Boost單向DC/DC變換器5的電壓輸出端通過低壓降穩(wěn)壓器LDO給時(shí)序控制電路2、最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3和Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4提供工作電源；

全橋整流電路包括第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4和濾波電容Crect，第一二極管D1的正極和第二二極管D2的負(fù)極相連后與壓電換能器相連接，第一二極管D1的負(fù)極和第三二極管D3的負(fù)極同時(shí)與第一開關(guān)S1的第一接線端、第二開關(guān)S2的第一接線端相連，第三二極管D3的正極和第四二極管D4的負(fù)極相連后與壓電換能器相連接，第四二極管D4的正極和第二二極管D2的正極接地，濾波電容Crect的一端與第一開關(guān)S1的第二接線端相連，濾波電容Crect的另一端接地；

最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路包括第一運(yùn)算放大器U1、第二運(yùn)算放大器U2、第五二極管D5、第六二極管D6、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一電容C1和第一NMOS管M1，第一電阻R1的一端分別與第五二極管D5的正極、第一運(yùn)算放大器U1的反相輸入端相連接，第一電阻R1的另一端分別與第二運(yùn)算放大器U2的反相輸入端、輸出端相連接，第五二極管D5的負(fù)極、第六二極管D6的正極分別與第一運(yùn)算放大器U1的輸出端相連接，第六二極管D6的負(fù)極、第一電容C1的一端、第二電阻R2的一端分別與第二運(yùn)算放大器U2的同相輸入端相連接，第二運(yùn)算放大器U2的輸出端與Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器相連接，第一電容C1的另一端接地，第二電阻R2的另一端與第一NMOS管M1的漏極相連接，第一NMOS管M1的源極接地，第一NMOS管M1的柵極與時(shí)序控制電路相連接，第三電阻R3的一端、第四電阻R4的一端分別與第一運(yùn)算放大器U1的同相輸入端相連接，第三電阻R3的另一端與第二開關(guān)S2的第二接線端相連接，第四電阻R4的另一端接地；

時(shí)序控制電路包括NE556雙時(shí)基芯片、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5和反相器7404，第五電阻R5的一端、第七電阻R7的一端、NE556雙時(shí)基芯片的4腳、10腳、14腳分別與工作電源相連接，第五電阻R5的另一端、第六電阻R6的一段分別與NE556雙時(shí)基芯片的1腳相連接，的第六電阻R6的另一端與第二電容C2的一端相連后與NE556雙時(shí)基芯片的2腳、6腳相連接，第三電容C3的一端與NE556雙時(shí)基芯片的3腳相連接，第二電容C2的另一端、第三電容C3的另一端和NE556雙時(shí)基芯片的7腳均接地，第七電阻R7的另一端與第四電容C4的一端相連后與NE556雙時(shí)基芯片的12腳、13腳相連接，第五電容C5的一端與NE556雙時(shí)基芯片的11腳相連接，第四電容C4的另一端和第五電容C5的另一端接地，反相器7404的1腳分別與NE556雙時(shí)基芯片的9腳、第二開關(guān)S2的第三接線端相連接，反相器7404的2腳分別與第一開關(guān)S1的第三接線端、Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器相連接，反相器7404的3腳和NE556雙時(shí)基芯片的5腳均與NE556雙時(shí)基芯片的8腳相連接，反相器7404的4腳與第一NMOS管M1的柵極相連接；

Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器包括第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1、第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2、第六電容C6、第七電容C7、第七二極管D7、第八二極管D8、第九二極管D9、第十二極管D10、第十一片內(nèi)寄生二極管D11、第十二片內(nèi)寄生二極管D12、第十三片內(nèi)寄生二極管D13、第十四片內(nèi)寄生二極管D14、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十八電阻R18、第十九電阻R19、第二十電阻R20、第二十一電阻R21、第二十二電阻R22、第二十三電阻R23、電感L1、第三運(yùn)算放大器U3、第四運(yùn)算放大器U4、第五運(yùn)算放大器U5、第六運(yùn)算放大器U6、第七運(yùn)算放大器U7、第二NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第五NMOS管M5、與門7408、或門7432、反相器7404和鋸齒波發(fā)生電路U9，第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的9腳、第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的9腳分別與工作電源相連接，第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的3腳、第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的3腳分別與Buck-Boost單向DC/DC變換器的電壓輸出端相連接，第七二極管D7的正極與第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的3腳相連接，第七二極管D7的負(fù)極、第六電容C6的一端與第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的6腳相連接，第六電容C6的另一端與第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的5腳相連接，第二NMOS管M2的漏極、第十一片內(nèi)寄生二極管D11的負(fù)極與濾波電容Crect的一端相連接，第十一片內(nèi)寄生二極管D11的正極、第二NMOS管M2的源極與第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的5腳相連接，第二NMOS管M2的柵極與第八電阻R8的一端相連接，第八電阻R8的另一端與第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的7腳相連接，第三NMOS管M3的漏極、第十二片內(nèi)寄生二極管D12的負(fù)極、電感L1的一端與第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的5腳相連接，第三NMOS管M3的源極、第十二片內(nèi)寄生二極管D12的正極接地，第三NMOS管M3的柵極與第十電阻R10的一端相連接，第十電阻R10的另一端與第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的1腳相連接，第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的2腳、11腳、13腳接地，第四NMOS管M4的漏極、第十三片內(nèi)寄生二極管D13的負(fù)極與儲(chǔ)能電容Csto的一端相連接，儲(chǔ)能電容Csto的另一端接地，第四NMOS管M4的源極、第十三片內(nèi)寄生二極管D13的正極、電感L1的另一端與第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的5腳相連接，第四NMOS管M4的柵極與第九電阻R9的一端相連接，第九電阻R9的另一端與第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的7腳相連接，第五NMOS管M5的漏極、第十四片內(nèi)寄生二極管D14的負(fù)極與第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的5腳相連接，第五NMOS管M5的源極、第十四片內(nèi)寄生二極管D14的正極接地，第五NMOS管M5的柵極與第十一電阻R11的一端相連接，第十一電阻R11的另一端與第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的1腳相連接，第八二極管D8的正極與第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的3腳相連接，第八二極管D8的負(fù)極、第七電容C7的一端與第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的6腳相連接，第七電容C7的另一端與第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的5腳相連接，第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的2腳、11腳、13腳接地，第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的12腳與或門7432的3腳相連接，或門7432的1腳、第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的10腳與與門7408的3腳相連接，或門7432的2腳、4腳與反相器7404的6腳相連接，或門7432的5腳、第二驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z2的10腳與與門7408的6腳相連接，或門7432的6腳與第一驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 Z1的12腳相連接，與門7408的1腳與第五運(yùn)算放大器U5的輸出端相連接，與門7408的2腳、4腳、反相器7404的5腳與反相器7404的2腳相連接，與門7408的5腳與第六運(yùn)算放大器U6的輸出端相連接，第五運(yùn)算放大器U5的反相輸入端、第六運(yùn)算放大器U6的反相輸入端與鋸齒波發(fā)生電路U9的輸出端U90相連接，第五運(yùn)算放大器U5的同相輸入端、第九二極管D9的負(fù)極與第二十二電阻R22的一端相連接，第二十二電阻R22的另一端接地，第九二極管D9的正極、第十二電阻R12的一端與第三運(yùn)算放大器U3的輸出端相連接，第十二電阻R12的另一端、第十三電阻R13的一端與第三運(yùn)算放大器U3的反相輸入端相連接，第十三電阻R13的另一端與第二運(yùn)算放大器U2的輸出端相連接，第十六電阻R16的一端、第十七電阻R17的一端與第三運(yùn)算放大器U3的同相輸入端相連接，第十六電阻R16的另一端與第七運(yùn)算放大器U7的輸出端相連接，第十七電阻R17的另一端接地，第六運(yùn)算放大器U6的同相輸入端、第十二極管D10的負(fù)極與第二十三電阻R23的一端相連接，第二十三電阻R23的另一端接地，第十二極管D10的正極、第十八電阻R18的一端與第四運(yùn)算放大器U4的輸出端相連接，第十八電阻R18的另一端、第十九電阻R19的一端與第四運(yùn)算放大器U4的反相輸入端相連接，第二十電阻R20的一端、第二十一電阻R21的一端與第四運(yùn)算放大器U4的同相輸入端相連接，第二十電阻R20的另一端與第二運(yùn)算放大器U2的輸出端相連接，第二十一電阻R21的另一端接地，第十九電阻R19的另一端分別與第七運(yùn)算放大器U7的輸出端、反相輸入端相連接，第十四電阻R14的一端、第十五電阻R15的一端與第七運(yùn)算放大器U7的同相輸入端相連接，第十四電阻R14的另一端與濾波電容Crect的另一端相連接，第十五電阻R15的另一端接地。

上述實(shí)施例中，鋸齒波發(fā)生電路U9采用現(xiàn)有的鋸齒波發(fā)生電路，其由常見的RC振蕩電路與積分電路構(gòu)成，只需提供電源和接地，并輸出一個(gè)鋸齒波信號(hào)如U9O。Buck-Boost單向DC/DC變換器的輸入電壓為1～30V、輸出電壓為12V，具體可采用LT1110CS8-12芯片實(shí)現(xiàn)；運(yùn)算放大器U1～U7可采用現(xiàn)有的單電源的軌到軌的運(yùn)算放大器芯片；低壓降穩(wěn)壓器LDO采用SPX5205芯片。

上述實(shí)施例中，基于最大功率點(diǎn)跟蹤的壓電振動(dòng)能量采集系統(tǒng)的電路框圖如圖1所示，其具體的工作原理為：采用全橋整流電路將壓電換能器1的交流電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)直流波形V_rect，時(shí)序控制電路2控制第一開關(guān)S1和第二開關(guān)S2兩個(gè)開關(guān)進(jìn)行切換最大功率點(diǎn)采樣和能量采集兩個(gè)工作狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)S1斷開時(shí)，第二開關(guān)S2閉合，全橋整流電路與后端能量采集電路斷開，壓電換能器1處在開路狀態(tài)，系統(tǒng)切換到最大功率點(diǎn)采樣狀態(tài)；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)S1閉合時(shí)，第二開關(guān)S2斷開，全橋整流電路與能量采集電路相連，系統(tǒng)切換到能量采集狀態(tài)。系統(tǒng)處于最大功率點(diǎn)采集狀態(tài)時(shí)，通過最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3對(duì)最大功率點(diǎn)進(jìn)行峰值采樣保持，采樣時(shí)先由時(shí)序控制電路2控制Discon將采樣電路復(fù)位，復(fù)位完成后重新更新最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3的電平V_mpp。系統(tǒng)處于能量采集狀態(tài)時(shí)，濾波電容Crect后端連接Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4，最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3的電平V_mpp為Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4提供輸入電壓調(diào)整參考值，該Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4調(diào)整占空比和電能傳輸方向，使濾波電容Crect的電壓V_DC處于最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3的最佳電平V_mpp附近。由于濾波電容Crect的電壓V_DC需要被調(diào)整到V_mpp，所以儲(chǔ)能電容Csto的電壓有可能比V_DC高，也可能比V_DC低，可以采用Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4來實(shí)現(xiàn)V_DC的調(diào)節(jié)，因此儲(chǔ)能電容Csto的電壓Vsto是不可控的，不能直接給電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電，在儲(chǔ)能電容Csto的后端連接Buck-Boost單向DC/DC變換器5來調(diào)整輸出電壓到穩(wěn)定的Vout，Vout經(jīng)過一個(gè)低壓降穩(wěn)壓器LDO后降價(jià)到另一個(gè)+5V的輸出V_CC，同時(shí)V_CC給時(shí)序控制電路2、最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3和Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4提供穩(wěn)定的工作電源。

最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3的電路圖如圖2所示，其具體工作原理為：最大功率點(diǎn)檢測(cè)電路3可以分成幾個(gè)模塊：（1）電阻分壓電路：通過兩個(gè)電阻值相等的第三電阻R3、第四電阻R4，將整流橋后得到的開路電壓Vrect進(jìn)行1/20分壓；（2）單向電流開關(guān)：即第五二極管D5和第六二極管D6；（3）模擬峰值存儲(chǔ)器：即第一電容C1，通過第一電容C1跟隨Vrect/2的變化，并檢測(cè)其最大值；（4）輸入輸出緩沖隔離：即第一運(yùn)算放大器U1和第二運(yùn)算放大器U2，由于在整流橋之后，所檢測(cè)的均為正電壓，所以運(yùn)算放大器采用單電源供電形式：（5）電容放電復(fù)位開關(guān)：即第一NMOS管M1，在定時(shí)重新更新最大功率點(diǎn)（MPP）前，通過控制Discon腳，輸入高電平，使第一電容C1通過第二電阻R2放電，放電結(jié)束后，斷開第一NMOS管M1，并重新檢測(cè)MPP值，使輸出的Vmpp=(V_oc,org/2-V_D)/10，V_mpp提供后端DC/DC一個(gè)輸入電壓調(diào)整參考值。

時(shí)序控制電路2的電路圖如圖3所示，其具體工作原理為：時(shí)序控制電路2采用NE556雙時(shí)基芯片與反相器7404實(shí)現(xiàn)，NE556雙時(shí)基芯片內(nèi)部含有2個(gè)NE 555時(shí)基電路：NE556：A和NE556：B，NE556：A通過第五電阻R5、第六電阻R6與第二電容C2構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩電路，產(chǎn)生一個(gè)占空比為99%、周期為10S的方波信號(hào)，其輸出經(jīng)過反相器7404取反輸Discon信號(hào)控制采樣電路放電復(fù)位；同時(shí)，NE556：B通過第七電阻R7和第四電容C4構(gòu)成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，NE556：A的5腳輸出的低電平觸發(fā)信號(hào)給NE556：B的8腳，觸發(fā)該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的9腳產(chǎn)生一個(gè)占空比為10%、周期為10S的方波信號(hào)Con2，該信號(hào)控制采樣電路通路的開關(guān)，該信號(hào)經(jīng)過反相器7404取反后產(chǎn)生一個(gè)控制能量采集電路通路開關(guān)的控制信號(hào)Con1；本電路的電阻電容參數(shù)可以根據(jù)壓電換能器的應(yīng)用環(huán)境和輸出的時(shí)序要求情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4的電路圖如圖4所示，其具體工作原理為：由于V_DC的電壓可能遠(yuǎn)比運(yùn)放處理電路等的工作電壓Vcc電壓高，所以在對(duì)V_DC進(jìn)行采樣的過程中，將V_DC進(jìn)行1/10分壓，選取的第十四電阻R14=9×R15，最終以V_DC/10的電壓經(jīng)過第七運(yùn)算放大器U7后輸入到誤差放大電路。誤差放大電路由兩個(gè)單電源供電的第三運(yùn)算放大器U3和第四運(yùn)算放大器U4構(gòu)成，第三運(yùn)算放大器U3和第四運(yùn)算放大器U4分別構(gòu)成了兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的差分放大電路，區(qū)別在于兩個(gè)差分放大電路的輸入不同，當(dāng)V_DC/10>V_mpp 時(shí)，第三運(yùn)算放大器U3構(gòu)成的差分放大電路工作，輸出為U30=K×（V_DC/10-V_mpp），第四運(yùn)算放大器U4構(gòu)成的差分放大電路輸出為0電平。當(dāng)V_DC/10<V_mpp時(shí)，第四運(yùn)算放大器U4構(gòu)成的差分放大電路工作，輸出為U40=K×（V_mpp-V_DC/10），第三運(yùn)算放大器U3構(gòu)成的差分放大電路輸出為0電平。其中K為兩個(gè)差分放大電路的放大倍數(shù)，兩個(gè)差分放大電路反應(yīng)的是V_DC與目標(biāo)電平10×V_mpp之間的差距。為了防止Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4在目標(biāo)電平10×V_mpp附近時(shí)出現(xiàn)能量正反方向傳輸?shù)奶?，所以需要設(shè)計(jì)正負(fù)兩個(gè)閾值電平，當(dāng)誤差大于超出閾值電平的時(shí)候才能與后端的鋸齒波電路比較，從而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的PWM波控制信號(hào)。本設(shè)計(jì)中兩個(gè)差分放大器輸出的電平均采用經(jīng)過二極管（D9與R22，D10與R23構(gòu)成）的導(dǎo)通電壓VD作為它們的閾值控制信號(hào)，當(dāng)誤差電壓值大于二極管導(dǎo)通電壓值后才會(huì)產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，可以通過增加或減少二極管的個(gè)數(shù)來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閾值范圍；

鋸齒波發(fā)生電路U9為產(chǎn)生控制Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4的PWM波提供一個(gè)鋸齒波信號(hào)U90，其輸出的鋸齒波信號(hào)分別與兩路誤差信號(hào)進(jìn)行比較，第五運(yùn)算放大器U5與第六運(yùn)算放大器U6構(gòu)成了兩個(gè)比較器，當(dāng)V_DC/10>V_mpp且U30>VD時(shí)，第五運(yùn)算放大器U5輸出一個(gè)與誤差電平U30大小相關(guān)的PWM信號(hào)U5pwm，此時(shí)第六運(yùn)算放大器U6輸出0電平。當(dāng)V_DC/10<V_mpp且U40>VD時(shí)，第六運(yùn)算放大器U6輸出一個(gè)與誤差電平U40大小相關(guān)的PWM信號(hào)U6pwm，此時(shí)第五運(yùn)算放大器U5輸出0電平；

由于時(shí)序控制電路2在控制切換到最大功率點(diǎn)采樣工作狀態(tài)時(shí)，使采樣電容在采樣初始狀態(tài)下復(fù)位，V_mpp是會(huì)被復(fù)位，所以這時(shí)Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4應(yīng)該處在不工作狀態(tài)。由時(shí)序控制電路2提供的Con1控制信號(hào)分別與U5pwm和U6pwm兩路PWM信號(hào)相與，采用與門7408的兩個(gè)二輸入與門（7408:A與7408:B）實(shí)現(xiàn)控制兩路PWM信號(hào)（PWM1與PWM2）的通斷，當(dāng)時(shí)序控制電路2在控制切換到最大功率點(diǎn)采樣工作狀態(tài)時(shí)，Con1輸出低電平使兩個(gè)與門均輸出0電平。切換到能量采樣工作狀態(tài)時(shí)，Con1輸出高電平使兩個(gè)與門均輸出原有PWM控制信號(hào)；

由于調(diào)控的是輸入電壓信號(hào)，所以設(shè)計(jì)的Buck-Boost級(jí)聯(lián)型雙向DC/DC變換器4采用的是電壓控制型傳統(tǒng)工作模式的結(jié)構(gòu)，采用4個(gè)NMOS功率管實(shí)現(xiàn)全橋型控制。M2與M5為一組，M3與M4為一組，當(dāng)V_DC/10>V_mpp且U30>VD時(shí)，控制能量從V_DC傳輸?shù)絍sto的時(shí)候，M3與M4一直關(guān)閉，前半周期M2與M5導(dǎo)通，V_DC對(duì)電感L1充電蓄能，后半周期M2與M5關(guān)閉，電感L1通過M3與M4內(nèi)部寄生二極管實(shí)現(xiàn)續(xù)流，將能量傳輸給Vsto端。當(dāng)V_DC/10<V_mpp且U40>VD時(shí)，控制能量從Vsto傳輸?shù)絍_DC，Mn12與M5一直關(guān)閉，前半周期M3與M4導(dǎo)通，Vsto對(duì)電感L1充電蓄能，后半周期M3與M4關(guān)閉，電感L1通過M2與M5內(nèi)部寄生二極管實(shí)現(xiàn)續(xù)流，將能量傳輸給V_DC端，從而實(shí)現(xiàn)了最大效率點(diǎn)的跟蹤。由于采用4個(gè)開關(guān)管均為NMOS管，所以PWM1和PWM2兩路信號(hào)需要通過帶自舉功能的高壓側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)芯片IR2110來實(shí)現(xiàn)4個(gè)NMOS管的控制。自舉電路中需要對(duì)第六電容C6和第七電容C7進(jìn)行預(yù)充電，才能使自舉電路正常工作，所以預(yù)先設(shè)定兩個(gè)電容C6、C7在檢測(cè)MPP期間充電，采用CON1的控制信號(hào)取反后的/CON1分別與兩個(gè)或門7432:A和7432:B來控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110上的12腳為高電平，使兩個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片IR2110上5腳通過Mn2與Mn4導(dǎo)通接地，這時(shí)第六電容C6和第七電容C7可以通過第七二極管D7和第八二極管D8進(jìn)行預(yù)充電。