一種開關(guān)控制電路及自供電電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種開關(guān)控制電路及自供電電路。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電式發(fā)電是利用壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式，壓電材料在受到外界激勵(lì)發(fā)生形變的同時(shí)會(huì)在其兩個(gè)相對(duì)表面產(chǎn)生電荷，通過能量回收電路提取該電荷并儲(chǔ)存便可作為電源為微電子產(chǎn)品或系統(tǒng)供電。目前研究較多的壓電發(fā)電能量回收電路有同步電荷提取電路、串(并)聯(lián)電感同步開關(guān)電路和雙同步開關(guān)電感電路。在外界激勵(lì)下壓電材料輸出的電壓呈正弦規(guī)律變化，以上電路在壓電材料兩端電壓達(dá)到最大時(shí)導(dǎo)通、在經(jīng)過1/4或1/2個(gè)LC振蕩周期后關(guān)斷才能使電能回收效率最大。因此，壓電式發(fā)電能量回收電路的開關(guān)控制方式是提高壓電式發(fā)電能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素。
[0003]目前常用的直接采用單片機(jī)檢測(cè)壓電材料電壓極值的方式存在不可忽視的缺陷:單片機(jī)程序通過A/D轉(zhuǎn)換比較采樣值的大小，從而找出采樣值中的最大值，并在該值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻輸出開關(guān)控制信號(hào)。但采樣值中的最大值并不是壓電材料兩端真實(shí)的電壓極值，從而導(dǎo)致開關(guān)動(dòng)作時(shí)刻不準(zhǔn)確，影響能量回收的效率。而且不同的回收電路在開關(guān)閉合時(shí)長(zhǎng)上有差異，該控制方式在程序編寫上的針對(duì)性較強(qiáng)，不便于直接應(yīng)用于多種回收電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種開關(guān)控制電路及自供電電路，所述開關(guān)控制電路能夠保證開關(guān)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，提高壓電式發(fā)電能量回收效率；所述自供電電路能夠在不依賴外部電源的情況下自動(dòng)為所述開關(guān)控制電路供電。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
[0006]第一方面，本發(fā)明提供了一種開關(guān)控制電路，用于控制能量回收電路對(duì)壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的能量進(jìn)行回收，該開關(guān)控制電路包括:分路單元，微分器單元、模擬移相器單元、開環(huán)放大電路單元和第一單片機(jī)控制單元；
[0007]所述分路單元，用于將壓電發(fā)電裝置中的壓電材料兩端產(chǎn)生的正弦電壓信號(hào)分成完全相同的第一正弦電壓信號(hào)和第二正弦電壓信號(hào)；
[0008]所述微分器單元，用于將所述第一正弦電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一余弦電壓信號(hào)；
[0009]所述模擬移相器單元，用于將所述第二正弦電壓信號(hào)進(jìn)行Ι/m移相；所述移相后的正弦電壓信號(hào)經(jīng)過所述微分器單元，得到第二余弦電壓信號(hào)；
[0010]所述開環(huán)放大電路單元，用于對(duì)所述第一余弦電壓信號(hào)和所述第二余弦電壓信號(hào)分別進(jìn)行開環(huán)放大，得到幅值和周期均相同的第一方波信號(hào)和第二方波信號(hào)；
[0011]所述第一單片機(jī)控制單元，用于對(duì)所述第一方波信號(hào)和第二方波信號(hào)的跳變沿進(jìn)行檢測(cè)，并在檢測(cè)到所述第一方波信號(hào)或第二方波信號(hào)的跳變沿時(shí)交替輸出用于控制開關(guān)閉合和斷開的控制信號(hào)，開關(guān)閉合時(shí)，所述能量回收電路對(duì)所述壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的能量進(jìn)行回收，開關(guān)斷開時(shí)，所述能量回收電路停止對(duì)所述壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的能量的回收。
[0012]進(jìn)一步地，所述控制信號(hào)為高低電平信號(hào)，其中，高電平信號(hào)用于控制開關(guān)閉合，低電平信號(hào)用于控制開關(guān)斷開。
[0013]進(jìn)一步地，所述m的取值為2或4。
[0014]進(jìn)一步地，所述開關(guān)控制電路還包括運(yùn)算放大器單元；所述運(yùn)算放大器單元與所述分路單元相連，用于對(duì)所述第一正弦電壓信號(hào)和第二正弦電壓信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大。
[0015]進(jìn)一步地，所述第一單片機(jī)控制單元為ATMEGA128單片機(jī)。
[0016]第二方面，本發(fā)明提供了一種開關(guān)控制電路的自供電電路，包括第一超級(jí)電容、第二超級(jí)電容、第一可控開關(guān)、第二可控開關(guān)、第三可控開關(guān)、第四可控開關(guān)和第二單片機(jī)控制單元；
[0017]所述第三可控開關(guān)的第一端與壓電發(fā)電裝置相連，所述第三可控開關(guān)的第二端與所述第二超級(jí)電容的第一端相連；
[0018]所述第一可控開關(guān)的第一端與壓電發(fā)電裝置相連，所述第一可控開關(guān)的第二端與所述第一超級(jí)電容的第一端相連；
[0019]所述第四可控開關(guān)的第一端與所述第二超級(jí)電容的第二端相連，所述第四可控開關(guān)的第二端與開關(guān)控制電路相連；
[0020]所述第二可控開關(guān)的第一端與所述第一超級(jí)電容的第二端相連，所述第二可控開關(guān)的第二端與開關(guān)控制電路相連；
[0021]所述第二單片機(jī)控制單元與所述第一超級(jí)電容、第二超級(jí)電容、第一可控開關(guān)、第二可控開關(guān)、第三可控開關(guān)和第四可控開關(guān)分別相連；
[0022]所述第二單片機(jī)控制單元，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述第一超級(jí)電容和所述第二超級(jí)電容的電量，并根據(jù)所述第一超級(jí)電容和所述第二超級(jí)電容的電量控制第一可控開關(guān)、第二可控開關(guān)、第三可控開關(guān)和/或第四可控的開閉，以控制壓電發(fā)電裝置為第一超級(jí)電容或第二超級(jí)電容充電，以及第一超級(jí)電容或第二超級(jí)電容為所述開關(guān)控制電路供電。
[0023]進(jìn)一步地，所述第一可控開關(guān)、第二可控開關(guān)、第三可控開關(guān)和/或第四可控開關(guān)為N溝道增強(qiáng)型M0S管。
[0024]進(jìn)一步地，所述第二單片機(jī)控制單元為ATMEGA128單片機(jī)。
[0025]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明所述的開關(guān)控制電路實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)對(duì)象的轉(zhuǎn)換，避開了對(duì)壓電材料兩端正弦電壓的極值檢測(cè)，轉(zhuǎn)而對(duì)對(duì)應(yīng)余弦電壓信號(hào)的過零點(diǎn)檢測(cè)，降低了檢測(cè)難度，提高了開關(guān)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，而且開關(guān)閉合時(shí)長(zhǎng)可由模擬移相器調(diào)節(jié)，便于應(yīng)用于多種能量回收電路。本發(fā)明所述的開關(guān)控制電路的自供電電路通過兩個(gè)超級(jí)電容交替充放電為開關(guān)控制電路的有源器件供電，從而保證開關(guān)控制電路及其對(duì)應(yīng)的壓電發(fā)電裝置的獨(dú)立性，使得開關(guān)控制電路不再需要外接電源。
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例提供的開關(guān)控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例提供的開關(guān)控制電路的原理示意圖；
[0029]圖3是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例提供的開關(guān)控制電路工作過程出現(xiàn)的波形圖；
[0030]圖4是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例提供的單片機(jī)的工作程序流程圖；
[0031]圖5是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例提供的自供電電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例提供的自供電電路的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0034]本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例提供了一種開關(guān)控制電路，該開關(guān)控制電路用于控制能量回收電路對(duì)壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的能量進(jìn)行回收。一般地，所述能量回收電路主要包括同步電荷提取電路、串(并)聯(lián)電感同步開關(guān)電路和雙同步開關(guān)電感電路。本實(shí)施例提供的開關(guān)控制電路主要用于控制電荷提取電路進(jìn)彳丁電荷提取。
[0035]參見圖1，該開關(guān)控制電路包括:分路單元10，微分器單元20、模擬移相器單元30、開環(huán)放大電路單元40和第一單片機(jī)控制單元50 ;
[0036]所述分路單元10，用于將壓電發(fā)電裝置