本文關(guān)鍵詞：復(fù)合式俘能器結(jié)構(gòu)分析與能量管理電路設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著微電子制造技術(shù)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展以及各種新型的低功耗元件的出現(xiàn),從環(huán)境中直接俘獲振動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電能的振動(dòng)俘能器成為近年來的研究熱點(diǎn)。研究人員在壓電式、電磁式俘能器的基礎(chǔ)上提出了壓電-電磁復(fù)合式俘能器。本文對(duì)雙端固支梁-質(zhì)量塊型壓電-電磁復(fù)合式俘能器的結(jié)構(gòu)和能量管理電路進(jìn)行研究,通過理論計(jì)算、仿真分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究其俘能特性。1針對(duì)壓電-電磁復(fù)合式俘能結(jié)構(gòu),對(duì)機(jī)械振動(dòng)單元、電磁俘能單元和壓電俘能單元三個(gè)子系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行分析,并通過ANSYS與ANSOFT MAXWELL對(duì)壓電-電磁復(fù)合式俘能器的輸出特性進(jìn)行了仿真;2能量管理電路是設(shè)計(jì)自供電系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。在實(shí)際應(yīng)用中都是首先通過能量采集電路將交流電轉(zhuǎn)化成直流電,然后通過能量存儲(chǔ)電路對(duì)超級(jí)電容或充電電池等儲(chǔ)能元件充電,在微電子器件需要時(shí)再釋放出來。本文選擇LTC3588-1和LTC3108能量轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計(jì)了能量采集電路,實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩種俘能方式能量的復(fù)合采集,輸出穩(wěn)定的直流電壓,并且在能量存儲(chǔ)電路方面,介紹了超級(jí)電容與充電電池的充放電特性,實(shí)現(xiàn)了對(duì)超級(jí)電容和充電電池的充電功能;3制作壓電-電磁復(fù)合式俘能器樣機(jī),搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試壓電-電磁復(fù)合式俘能器的輸出性能,然后在此基礎(chǔ)上,在壓電俘能器輸出端接入壓電能量采集電路,在電磁俘能器輸出端接入電磁能量采集電路,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的直流電壓的輸出,接著在復(fù)合式俘能器輸出端接入復(fù)合式能量采集電路,實(shí)現(xiàn)兩種俘能方式的復(fù)合采集。最后對(duì)超級(jí)電容和充電電池進(jìn)行充電實(shí)驗(yàn)。4針對(duì)壓電俘能器能量采集電路,介紹了包括標(biāo)準(zhǔn)能量采集電路,倍壓整流電路,同步電荷提取電路,電感同步開關(guān)采集電路四種電源管理電路的原理,比較了他們的能量采集輸出效率,指出了各種電源管理電路的特點(diǎn)和適用條件。然后設(shè)計(jì)和制作了并聯(lián)SSHI電路板,驗(yàn)證SSHI電路的可行性。
【關(guān)鍵詞】：能量采集 壓電-電磁 仿真 能量管理 SSHI
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM619
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題研究的背景與意義12-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)15-22
• 1.2.2 壓電式俘能器15-16
• 1.2.3 電磁式俘能器16-17
• 1.2.4 壓電-電磁復(fù)合式俘能器17-19
• 1.2.5 能量管理電路19-22
• 1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容22-24
• 第2章 復(fù)合式俘能器的工作機(jī)理與性能測(cè)試24-46
• 2.1 壓電-電磁復(fù)合式俘能器的結(jié)構(gòu)模型24-25
• 2.2 壓電-電磁復(fù)合式俘能器的工作機(jī)理25-35
• 2.2.1 機(jī)械振動(dòng)單元25-26
• 2.2.2 壓電俘能單元26-32
• 2.2.3 電磁俘能單元32-35
• 2.3 壓電-電磁復(fù)合式俘能器的輸出特性35-37
• 2.4 仿真與分析37-44
• 2.4.1 壓電單元參數(shù)對(duì)復(fù)合式俘能器輸出功率的影響38-40
• 2.4.2 電磁單元參數(shù)對(duì)復(fù)合式俘能器輸出功率的影響40-44
• 2.5 本章小結(jié)44-46
• 第3章 能量管理電路設(shè)計(jì)與分析46-62
• 3.1 能量收集技術(shù)基礎(chǔ)46
• 3.2 壓電俘能器能量采集電路原理46-52
• 3.2.1 LTC3588原理簡(jiǎn)介47-48
• 3.2.2 電路仿真分析48-52
• 3.3 電磁俘能器能量采集電路原理52-56
• 3.3.1 LTC3108原理簡(jiǎn)介52-54
• 3.3.2 電路仿真分析54-56
• 3.4 壓電-電磁復(fù)合式俘能器能量采集電路原理56-57
• 3.5 超級(jí)電容儲(chǔ)能57-59
• 3.6 充電電池（鋰電池）儲(chǔ)能59-60
• 3.7 本章小結(jié)60-62
• 第4章 俘能器性能測(cè)試及能量管理電路實(shí)驗(yàn)測(cè)試62-77
• 4.1 復(fù)合式俘能器的加工與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建62-63
• 4.1.1 壓電單元制作62
• 4.1.2 電磁單元制作62-63
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建63
• 4.2 復(fù)合式俘能器的輸出性能測(cè)試63-66
• 4.2.1 輸出功率隨頻率的變化64
• 4.2.2 輸出功率與激勵(lì)加速度的關(guān)系64-65
• 4.2.3 輸出功率與外接負(fù)載的關(guān)系65-66
• 4.3 能量管理電路的實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果66-76
• 4.3.1 壓電能量采集電路實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果66-70
• 4.3.2 電磁能量采集電路實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果70-74
• 4.3.3 壓電-電磁復(fù)合式能量采集電路測(cè)試與結(jié)果74-76
• 4.4 本章小結(jié)76-77
• 第5章 壓電俘能器并聯(lián)電感同步開關(guān)能量采集電路（SSHI）77-91
• 5.1 壓電俘能器能量采集典型電源管理電路77-83
• 5.1.1 標(biāo)準(zhǔn)能量采集電路77-80
• 5.1.2 倍壓整流電路80-83
• 5.2 壓電俘能器能量采集高效電源管理電路83-87
• 5.2.1 同步電荷提取電路83-84
• 5.2.2 電感同步開關(guān)采集電路84-87
• 5.3 壓電俘能器的SSHI電路的實(shí)驗(yàn)測(cè)試87-90
• 5.4 本章小結(jié)90-91
• 結(jié)論與展望91-93
• 參考文獻(xiàn)93-98
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單98-99
• 致謝99

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