本發(fā)明涉及一種壓電能量采集器，特別是涉及一種應(yīng)用于道路減速帶的壓電能量采集器。還涉及這種應(yīng)用于道路減速帶的壓電能量采集器用采集電路。

背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人類的生活質(zhì)量得到不斷提升。與此同時(shí)，能源危機(jī)和地球生態(tài)環(huán)境惡化日益加劇，節(jié)能減排和可再生能源成為當(dāng)今全球性的熱門(mén)課題。壓電材料可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為電能，為產(chǎn)生綠色環(huán)保的可再生能源提供了有效途徑。目前，在全球范圍內(nèi)汽車保有量持續(xù)增加，汽車不僅消耗了大量的石化能源，而且導(dǎo)致了嚴(yán)重的空氣污染。收集車輛行駛過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)能和重力勢(shì)能，并利用壓電材料將其轉(zhuǎn)化為電能加以利用，是提高能源使用效率的新思路。文獻(xiàn)1“授權(quán)公告號(hào)是CN203071838U的中國(guó)實(shí)用新型專利”公開(kāi)了一種基于壓電效應(yīng)的減速帶發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括發(fā)電裝置以及與發(fā)電裝置依次連接的電壓轉(zhuǎn)換及穩(wěn)定裝置、儲(chǔ)能裝置。該發(fā)電裝置包括基體支撐機(jī)構(gòu)、壓電裝置、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和密封機(jī)構(gòu)、壓電裝置底座。該發(fā)電裝置的工作原理是:當(dāng)減速帶受到汽車的壓力時(shí)，基體支撐機(jī)構(gòu)壓迫壓電裝置變形并產(chǎn)生電能。但是該發(fā)電裝置的缺點(diǎn)是，只有在車輛通過(guò)減速帶的瞬間，對(duì)發(fā)電裝置施加壓力時(shí)才產(chǎn)生電能，而當(dāng)車輛駛離減速帶后就無(wú)能量輸出，因此該裝置產(chǎn)生電能的時(shí)間非常短暫，導(dǎo)致能量采集效率低。文獻(xiàn)2“Resistiveimpedancematchingcircuitforpiezoelectricenergyharvesting，JournalofIntelligentMaterialSystemsandStructures,September2010,Vol.21,pp.1293-1302”中提出了一種針對(duì)振動(dòng)的壓電能量采集電路實(shí)現(xiàn)方案。該電路根據(jù)阻抗匹配時(shí)可實(shí)現(xiàn)最大能量傳輸?shù)脑?，將DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的輸入阻抗與壓電材料的輸出阻抗相匹配，提高了壓電能量采集系統(tǒng)的采集效率。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量消耗低。但該電路方案的缺點(diǎn)是，由于DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的開(kāi)關(guān)控制器只產(chǎn)生固定開(kāi)關(guān)周期的方波信號(hào)，因此只適用于具有固定振動(dòng)頻率的壓電采集系統(tǒng)。另外，該電路方案沒(méi)有提出無(wú)能量輸入時(shí)的處理方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有壓電能量采集器采集效率低的不足，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于道路減速帶的壓電能量采集器及其采集電路。該采集器采用沖擊式懸梁臂結(jié)構(gòu)，增加了電能輸出時(shí)間。車輛行駛在減速帶上時(shí)，采集器內(nèi)的壓電材料將車輛的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，在車輛駛離減速帶后，懸梁臂處于帶阻尼的自由振動(dòng)狀態(tài)，壓電材料繼續(xù)將自身的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)電能的持續(xù)輸出。與其配套的采集電路通過(guò)控制和改變DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的開(kāi)關(guān)周期和占空比，使其輸入阻抗能夠分別匹配壓電材料在受到?jīng)_擊期間和自由振動(dòng)期間的阻抗，使壓電材料輸出的能量最大化。另外，當(dāng)沒(méi)有電能產(chǎn)生時(shí)，壓電能量采集電路進(jìn)入極低功耗的休眠模式以節(jié)約能量，顯著提高了采集系統(tǒng)的采集效率。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用于道路減速帶的壓電能量采集器，其特點(diǎn)是包括懸梁臂底座1、懸梁臂2、沖擊桿架3、沖擊桿4、第一彈簧5、彈簧基座6、第二彈簧7、壓電材料8和金屬薄片9。懸梁臂底座1表面的一端固定有懸梁臂2，另一端與第一彈簧5相連；懸梁臂2由壓電材料8和金屬薄片9組成，懸梁臂2的一端固定在懸梁臂底座1的表面，另一端懸空；沖擊桿架3的一面固定在減速帶頂部的正下面，另一面分別連接第一彈簧5、沖擊桿4和第二彈簧7；沖擊桿4一端固定在沖擊桿架3上，另一端懸浮于懸梁臂2的自由端的垂直上方；第一彈簧5安置于懸梁臂底座1和沖擊桿架3之間；第二彈簧7安置于彈簧基座6和沖擊桿架3之間。當(dāng)車輛到達(dá)減速帶的頂部時(shí)，車輪壓迫減速帶導(dǎo)致沖擊桿架3和沖擊桿4下降；當(dāng)沖擊桿4接觸到懸梁臂2后，懸梁臂2隨沖擊桿4運(yùn)動(dòng)，此時(shí)壓電材料8開(kāi)始輸出電壓；隨著車輛的繼續(xù)行駛，沖擊桿4持續(xù)下降，當(dāng)車輪壓力達(dá)到最大時(shí)沖擊桿4到達(dá)最低點(diǎn)，此時(shí)壓電材料8輸出峰值電壓；當(dāng)車輪駛離減速帶時(shí)，由于壓力減小，彈簧的彈力迫使沖擊桿4恢復(fù)到初始位置，此時(shí)沖擊桿4與懸梁臂2不接觸，懸梁臂2將從最大位移處開(kāi)始做帶阻尼的自由振動(dòng)。一種上述應(yīng)用于道路減速帶的壓電能量采集器用采集電路，其特點(diǎn)是包括全橋整流器、DC-DC開(kāi)關(guān)變換器和開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器。全橋整流器的輸入端與壓電材料的輸出電極相連，壓電材料的輸出電壓經(jīng)過(guò)全橋整流器整流后輸出給DC-DC開(kāi)關(guān)變換器。開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器的輸出連接DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的功率級(jí)開(kāi)關(guān)管NM1的柵極，用于控制DC-DC開(kāi)關(guān)變換器實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能器件的充電。開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器產(chǎn)生周期性的方波信號(hào)控制DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的功率級(jí)開(kāi)關(guān)管NM1的通斷。所述的開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器由喚醒模塊、開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊、沖擊周期檢測(cè)模塊以及開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊組成。喚醒模塊的輸入端連接在全橋整流器的輸出端，其輸出信號(hào)分別連接到?jīng)_擊周期檢測(cè)模塊、開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊以及開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊，以啟動(dòng)和控制這三個(gè)電路模塊工作。沖擊周期檢測(cè)模塊的輸入端連接在壓電材料的輸出電極兩端，輸出端連接到開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊。開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊的輸出端連接開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊，開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出端連接到DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的功率級(jí)開(kāi)關(guān)管NM1的柵極。喚醒模塊的功能是檢測(cè)汽車能量并啟動(dòng)其它電路開(kāi)始工作；開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生控制功率級(jí)開(kāi)關(guān)管NM1通斷的周期性方波信號(hào)；沖擊周期檢測(cè)模塊的功能是檢測(cè)沖擊周期是否結(jié)束；開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊接收到?jīng)_擊周期結(jié)束的信號(hào)后，向開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊發(fā)出變換開(kāi)關(guān)信號(hào)周期的指示信號(hào)。所述的開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器能夠及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)有無(wú)車輛通過(guò)減速帶，并控制整個(gè)能量采集電路的工作。當(dāng)沒(méi)有車輛通過(guò)時(shí)，控制能量采集電路使其工作在低功耗的休眠狀態(tài)；而當(dāng)車輛到來(lái)時(shí)，控制DC-DC開(kāi)關(guān)變換器為儲(chǔ)能器件充電。另外，在壓電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器還要控制DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的開(kāi)關(guān)周期和占空比，使其與壓電材料實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。本發(fā)明的有益效果是：該采集器采用沖擊式懸梁臂結(jié)構(gòu)，增加了電能輸出時(shí)間。車輛行駛在減速帶上時(shí)，采集器內(nèi)的壓電材料將車輛的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，在車輛駛離減速帶后，懸梁臂處于帶阻尼的自由振動(dòng)狀態(tài)，壓電材料繼續(xù)將自身的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)電能的持續(xù)輸出。與其配套的采集電路通過(guò)控制和改變DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的開(kāi)關(guān)周期和占空比，使其輸入阻抗能夠分別匹配壓電材料在受到?jīng)_擊期間和自由振動(dòng)期間的阻抗，使壓電材料輸出的能量最大化。另外，當(dāng)沒(méi)有電能產(chǎn)生時(shí)，壓電能量采集電路進(jìn)入極低功耗的休眠模式以節(jié)約能量，顯著提高了采集系統(tǒng)的采集效率。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明應(yīng)用于道路減速帶的壓電能量采集器的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明應(yīng)用于道路減速帶的壓電能量采集器用采集電路的框圖。圖3是本發(fā)明應(yīng)用于道路減速帶的壓電能量采集器中沖擊桿和懸梁臂的位移以及壓電材料的輸出電壓波形圖。圖4是圖2的實(shí)施例圖。圖5是圖2中開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器的信號(hào)波形。圖中，1-懸梁臂底座，2-懸梁臂，3-沖擊桿架，4-沖擊桿，5-第一彈簧，6-彈簧基座，7-第二彈簧，8-壓電材料，9-金屬薄片。具體實(shí)施方式以下實(shí)施例參照?qǐng)D1～5。本發(fā)明應(yīng)用于道路減速帶的壓電能量采集器包括懸梁臂底座1、懸梁臂2、沖擊桿架3、沖擊桿4、第一彈簧5、彈簧基座6、第二彈簧7、壓電材料8和金屬薄片9。懸梁臂底座1表面的一端固定有懸梁臂2，另一端與第一彈簧5相連；懸梁臂2由壓電材料8和金屬薄片9組成，懸梁臂2的一端固定在懸梁臂底座1的表面，另一端懸空；沖擊桿架3的一面固定在減速帶頂部的正下面，另一面分別連接第一彈簧5、沖擊桿4和第二彈簧7；沖擊桿4一端固定在沖擊桿架3上，另一端懸浮于懸梁臂2的自由端的垂直上方；第一彈簧5安置于懸梁臂底座1和沖擊桿架3之間；第二彈簧7安置于彈簧基座6和沖擊桿架3之間。當(dāng)車輛到達(dá)減速帶的頂部時(shí)，車輪壓迫減速帶導(dǎo)致沖擊桿架3和沖擊桿4下降；當(dāng)沖擊桿4接觸到懸梁臂2后，懸梁臂2隨沖擊桿4運(yùn)動(dòng)，此時(shí)壓電材料8開(kāi)始輸出電壓；隨著車輛的繼續(xù)行駛，沖擊桿4持續(xù)下降，當(dāng)車輪壓力達(dá)到最大時(shí)沖擊桿4到達(dá)最低點(diǎn)，此時(shí)壓電材料8輸出峰值電壓；當(dāng)車輪駛離減速帶時(shí)，由于壓力減小，彈簧的彈力迫使沖擊桿4恢復(fù)到初始位置，此時(shí)沖擊桿4與懸梁臂2不接觸，懸梁臂2將從最大位移處開(kāi)始做帶阻尼的自由振動(dòng)。一種上述應(yīng)用于道路減速帶的壓電能量采集器用采集電路，包括全橋整流器、Buck-boost型DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的功率級(jí)以及開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器三個(gè)模塊組成。全橋整流器的輸入端直接與壓電材料的輸出電極相連，壓電材料的輸出電壓經(jīng)過(guò)全橋整流器整流后輸出給Buck-boost型DC-DC開(kāi)關(guān)變換器。開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器的輸出連接Buck-boost型DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的功率級(jí)開(kāi)關(guān)管NM1的柵極，用于控制Buck-boost型DC-DC開(kāi)關(guān)變換器實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能器件的充電。開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器產(chǎn)生周期性的方波信號(hào)控制Buck-boost型DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的功率級(jí)開(kāi)關(guān)管NM1的通斷。所述的開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器由喚醒模塊、開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊、沖擊周期檢測(cè)模塊以及開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊四個(gè)模塊組成。喚醒模塊的輸入端連接在全橋整流器的輸出端，其輸出信號(hào)分別連接到?jīng)_擊周期檢測(cè)模塊、開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊以及開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊，以啟動(dòng)和控制這三個(gè)電路模塊工作。沖擊周期檢測(cè)模塊的輸入端連接在壓電材料的輸出電極兩端，輸出端連接到開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊。開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊的輸出端連接開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊，開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出端連接到Buck-boost型DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的功率級(jí)開(kāi)關(guān)管NM1的柵極。喚醒模塊的功能是檢測(cè)汽車能量并啟動(dòng)其它電路開(kāi)始工作；開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生控制功率級(jí)開(kāi)關(guān)管NM1通斷的周期性方波信號(hào)；沖擊周期檢測(cè)模塊的功能是檢測(cè)沖擊周期是否結(jié)束；開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊接收到?jīng)_擊周期結(jié)束的信號(hào)后，向開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊發(fā)出變換開(kāi)關(guān)信號(hào)周期的指示信號(hào)。該開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器能夠及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)有無(wú)車輛通過(guò)減速帶，并控制整個(gè)能量采集電路的工作。當(dāng)沒(méi)有車輛通過(guò)時(shí)，它控制能量采集電路使其工作在低功耗的休眠狀態(tài)；而當(dāng)車輛到來(lái)時(shí)，它控制DC-DC開(kāi)關(guān)變換器為儲(chǔ)能器件充電。另外，在壓電能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器還要控制DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的開(kāi)關(guān)周期和占空比，使其與壓電材料實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，以提高能量采集效率。為了實(shí)現(xiàn)電能的最大效率傳輸和采集，要求Buck-boost型DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的等效輸入電阻與壓電材料的輸出電阻相匹配。Buck-boost型DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的等效輸入電阻由變換器內(nèi)的電感值以及開(kāi)關(guān)管NM1的導(dǎo)通和關(guān)閉時(shí)間決定，可用1)式表示，其中L為電感值，T為開(kāi)關(guān)信號(hào)的周期，D為開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比。圖4是本發(fā)明提出的壓電能量采集電路的具體實(shí)現(xiàn)方案。喚醒模塊由差分放大器A1、N型MOSFET管NM3和P型MOSFETPM1組成。A1將輸入電容Cin兩端的電壓放大后輸出到NM3的柵極。NM3的源極接地GND，漏極接比較器A2和差分放大器A3的負(fù)供電電源引腳V-、PM1的柵極以及A2附屬電路的接地端VGND。PM1的源極接外部供電電源Vcc，漏極接555定時(shí)器A4的供電引腳Vcc555。當(dāng)A1的輸出電壓穩(wěn)定且大于NM3的閾值電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)管NM3導(dǎo)通，由于NM3的導(dǎo)通電阻非常小，NM3的漏極—源極之間近似于短路，此時(shí)NM3的漏極近似接地GND。因此，A2和A3的負(fù)供電電源引腳V-、A2附屬電路的接地端VGND以及PM1的柵極均接地，A2和A3開(kāi)始工作，即開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊和沖擊周期檢測(cè)模塊開(kāi)始工作。與此同時(shí)，當(dāng)PM1的柵極接地時(shí)，PM1導(dǎo)通，A4通電啟動(dòng)，開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊也開(kāi)始工作。與此相反，當(dāng)A1的輸出電壓小于NM3的閾值電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)管NM3關(guān)斷，導(dǎo)致A2和A3的負(fù)供電電源引腳懸空，處于高阻狀態(tài)，無(wú)電流通路，此時(shí)開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊和沖擊周期檢測(cè)模塊均不工作。同時(shí)由于PM1關(guān)斷，A4的供電電壓被關(guān)斷，開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊也停止工作。此時(shí)，整個(gè)采集電路進(jìn)入低功耗的休眠模式。需要特別說(shuō)明的是，休眠模式中，由于A2的負(fù)供電電源被切斷，無(wú)電流通路，此時(shí)A2的輸出為略低于供電電壓Vcc的高電平，反向器A5的輸出為低電平，從而關(guān)閉功率級(jí)開(kāi)關(guān)管NM1。休眠模式時(shí)，僅喚醒模塊正常工作，其它電路模塊均進(jìn)入低功耗的休眠模式。另外，可通過(guò)改變A1的放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電路的啟動(dòng)電壓。例如，設(shè)定電路啟動(dòng)電壓為1V，且A2的供電電壓Vcc為3.7V。此時(shí)調(diào)節(jié)A1的放大倍數(shù)為3.7倍，當(dāng)Cin兩端電壓上升至1V并繼續(xù)升高時(shí)，A1的輸出穩(wěn)定維持在3.7V，使得NM3和PM1導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器正常工作；當(dāng)Cin兩端電壓下降至1V并繼續(xù)降低時(shí)，A1的輸出逐漸下降，直到低于NM3的閾值電壓時(shí)，NM3和PM1關(guān)斷，開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器進(jìn)入低功耗休眠模式。根據(jù)上述對(duì)壓電能量采集器的分析可知，沖擊周期的長(zhǎng)短由車輛的速度決定。通常車輛通過(guò)減速帶的速度為10～15公里/小時(shí)，此時(shí)壓電材料的輸出電阻在數(shù)百千歐左右；而振動(dòng)周期的振動(dòng)頻率固定為壓電材料的自然頻率，此時(shí)壓電材料的輸出電阻為數(shù)十千歐左右。因此，為了提高電路的能量采集效率，需要分別針對(duì)沖擊周期和振動(dòng)周期調(diào)整DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的等效輸入電阻(通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)信號(hào)的周期和占空比實(shí)現(xiàn))，以實(shí)現(xiàn)與壓電材料的阻抗匹配。當(dāng)壓電材料的輸出電壓由峰值電壓變?yōu)榱銜r(shí)，沖擊周期結(jié)束，據(jù)此可設(shè)計(jì)沖擊周期檢測(cè)模塊。沖擊周期檢測(cè)模塊A3的輸入端連接在壓電材料的兩端，A3的負(fù)供電電壓接地(在正常工作模式下)，因此，當(dāng)輸入為正電壓時(shí)，A3的輸出為放大后的正電壓；相反，若輸入為負(fù)電壓時(shí)，A3的輸出變?yōu)榱?。因此，?dāng)沖擊周期結(jié)束進(jìn)入振動(dòng)周期時(shí)，由于壓電材料輸出電壓由正電壓變?yōu)樨?fù)電壓，A3的輸出由正電壓變?yōu)?，直到壓電材料的下一個(gè)正周期電壓出現(xiàn)時(shí)，A3的輸出又變?yōu)檎妷?。開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊為采用555定時(shí)器A4實(shí)現(xiàn)的單觸發(fā)電路。當(dāng)A4的Trigger管腳接收到第一個(gè)下降沿時(shí)，該電路將被觸發(fā)。沖擊周期內(nèi)，A4輸出為零，當(dāng)沖擊周期檢測(cè)模塊的輸出由正變?yōu)榱銜r(shí)，該下降沿觸發(fā)A4，此時(shí)A4的輸出電壓等于A4的供電電壓。通過(guò)調(diào)整R1C1的值可設(shè)定A4被觸發(fā)后輸出高電壓的時(shí)間，要求A4輸出高電壓的時(shí)間大于振動(dòng)周期。A4被觸發(fā)后輸出的高電平使得NM2導(dǎo)通，使電容CC2作用于開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊，從而產(chǎn)生新的開(kāi)關(guān)信號(hào)。開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊由采用低功耗比較器A2設(shè)計(jì)的振蕩器和反向器A5實(shí)現(xiàn)。反向器A5用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管NM1，同時(shí)在休眠模式時(shí)使開(kāi)關(guān)管NM1關(guān)斷。并且A5可用于減小A2輸出電平的上升和下降時(shí)間，到達(dá)減小開(kāi)關(guān)管NM1的開(kāi)關(guān)損耗的目的。沖擊周期內(nèi)，由于開(kāi)關(guān)管NM2關(guān)斷，A2只通過(guò)對(duì)電容CC1充放電控制輸出的高低電壓。因此，沖擊周期內(nèi)輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)的周期Ti和占空比Di可分別表示為：當(dāng)開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊檢測(cè)到?jīng)_擊周期結(jié)束時(shí)，A4被觸發(fā)，使得NM2導(dǎo)通，此時(shí)CC2作用于開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊。因此，振動(dòng)周期內(nèi)輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)的周期Tv和占空比Dv可分別表示為：由于在沖擊周期和振動(dòng)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)信號(hào)的周期和占空比均不同，由1)式可知，此時(shí)DC-DC開(kāi)關(guān)變換器的等效輸入電阻也不同，從而可實(shí)現(xiàn)與壓電材料的阻抗匹配，以提高能量采集效率。圖5是本發(fā)明提出的壓電能量采集電路中開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器的信號(hào)波形，包括壓電材料輸出的開(kāi)路電壓以及開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器的四個(gè)模塊的輸出電壓。其中壓電材料的開(kāi)路電壓峰值設(shè)置為48V，開(kāi)關(guān)信號(hào)控制器的供電電壓VCC設(shè)定為電池的輸出電壓3.8V。在壓電材料的輸出電壓持續(xù)上升且喚醒模塊輸出V1高于NM3的閾值電壓時(shí)，NM3導(dǎo)通，喚醒模塊的輸出控制信號(hào)VGND接地，啟動(dòng)沖擊周期檢測(cè)模塊、開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊和開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊開(kāi)始正常工作，此時(shí)開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出V5輸出周期為T(mén)i、占空比為Di的方波信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管NM1的通斷。當(dāng)沖擊周期結(jié)束后，沖擊周期檢測(cè)模塊的輸出V3由1變?yōu)?，該下降沿觸發(fā)開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊，導(dǎo)致V4輸出高電平。高電平的V4使NM2導(dǎo)通、CC2作用于開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊，此時(shí)V5輸出周期為T(mén)v、占空比為Dv的新方波信號(hào)以匹配壓電材料振動(dòng)時(shí)期的阻抗。當(dāng)喚醒模塊的輸出V1低于NM3的閾值電壓時(shí)，喚醒模塊的輸出控制信號(hào)VGND懸空處于高阻態(tài)，沖擊周期檢測(cè)模塊、開(kāi)關(guān)信號(hào)變換模塊和開(kāi)關(guān)信號(hào)產(chǎn)生模塊停止工作，電路進(jìn)入休眠模式。直到喚醒模塊的輸出V1高于NM3的閾值電壓時(shí)，電路恢復(fù)正常工作模式。