本發(fā)明涉及用于將振動能轉(zhuǎn)換為電能的壓電振動能量采集系統(tǒng)，尤其涉及一種基于最大功率點跟蹤的壓電振動能量采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

振動是環(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、工業(yè)機器運作時的振動、交通工具運行時的振動及人體運動產(chǎn)生的振動等都具有振動能，而且振動能具有較高的能量密度。壓電式振動能量采集器利用壓電材料的正壓電效應(yīng)，將環(huán)境中的振動能轉(zhuǎn)換為電能。目前的壓電式振動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能轉(zhuǎn)化成電能，但由于環(huán)境中振動源的振幅與頻率是交流時變的，所以壓電換能器輸出的電能是不穩(wěn)定的，無法直接為負載供電，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載大小的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能量采集效率較高的基于最大功率點跟蹤的壓電振動能量采集系統(tǒng)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種基于最大功率點跟蹤的壓電振動能量采集系統(tǒng)，包括相互連接的壓電換能器和全橋整流電路，還包括時序控制電路、最大功率點檢測電路、Buck-Boost級聯(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)、所述的最大功率點檢測電路、所述的Buck-Boost級聯(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、所述的最大功率點檢測電路連接，所述的最大功率點檢測電路與所述的Buck-Boost級聯(lián)型雙向DC/DC變換器連接，所述的Buck-Boost級聯(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級聯(lián)型雙向DC/DC變換器上連接有儲能電容，所述的儲能電容與所述的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級聯(lián)型雙向DC/DC變換器和負載連接，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給所述的時序控制電路、所述的最大功率點檢測電路和所述的Buck-Boost級聯(lián)型雙向DC/DC變換器提供工作電源。

進一步地，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極和所述的第三二極管的負極同時與所述的第一開關(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。

進一步地，所述的最大功率點檢測電路包括第一運算放大器、第二運算放大器、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極、所述的第六二極管的正極分別與所述的第一運算放大器的輸出端相連接，所述的第六二極管的負極、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算放大器的同相輸入端相連接，所述的第二運算放大器的輸出端與所述的Buck-Boost級聯(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。

進一步地，所述的時序控制電路包括NE556雙時基芯片、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雙時基芯片的5腳均與所述的NE556雙時基芯片的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。

進一步地，所述的Buck-Boost級聯(lián)型雙向DC/DC變換器包括第一驅(qū)動芯片IR2110、第二驅(qū)動芯片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、第三運算放大器、第四運算放大器、第五運算放大器、第六運算放大器、第七運算放大器、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)動芯片IR2110的9腳、所述的第二驅(qū)動芯片IR2110的9腳分別與工作電源相連接，所述的第一驅(qū)動芯片IR2110的3腳、所述的第二驅(qū)動芯片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)動芯片IR2110的3腳相連接，所述的第七二極管的負極、所述的第六電容的一端與所述的第一驅(qū)動芯片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)寄生二極管的負極、所述的電感的一端與所述的第一驅(qū)動芯片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)動芯片IR2110的1腳相連接，所述的第一驅(qū)動芯片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)寄生二極管的負極與所述的儲能電容的一端相連接，所述的儲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)寄生二極管的負極與所述的第二驅(qū)動芯片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)動芯片IR2110的3腳相連接，所述的第八二極管的負極、所述的第七電容的一端與所述的第二驅(qū)動芯片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)動芯片IR2110的5腳相連接，所述的第二驅(qū)動芯片IR2110的2腳、11腳、13腳接地，所述的第二驅(qū)動芯片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腳與所述的第六運算放大器的輸出端相連接，所述的第五運算放大器的反相輸入端、所述的第六運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，所述的第五運算放大器的同相輸入端、所述的第九二極管的負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，所述的第六運算放大器的同相輸入端、所述的第十二極管的負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，本發(fā)明的優(yōu)點是該基于最大功率點跟蹤的壓電振動能量采集系統(tǒng)能快速根據(jù)當(dāng)前振動幅值調(diào)整電路采集狀態(tài)，實現(xiàn)高效的壓電振動能量采集，在正常工作條件下能量提取效率均大于82%，而且與整流器中負載的變化無關(guān)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體電路框圖；

圖2為本發(fā)明的最大功率點檢測電路圖；

圖3為本發(fā)明的時序控制電路圖；

圖4為本發(fā)明的Buck-Boost級聯(lián)型雙向DC/DC變換器的電路圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

如圖所示，一種基于最大功率點跟蹤的壓電振動能量采集系統(tǒng)，包括相互連接的壓電換能器1和全橋整流電路，還包括時序控制電路2、最大功率點檢測電路3、Buck-Boost級聯(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、最大功率點檢測電路3、Buck-Boost級聯(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、最大功率點檢測電路3連接，最大功率點檢測電路3與Buck-Boost級聯(lián)型雙向DC/DC變換器4連接，Buck-Boost級聯(lián)型雙向DC/DC變換器4與全橋整流電路連接，Buck-Boost級聯(lián)型雙向DC/DC變換器4上連接有儲能電容Csto，儲能電容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級聯(lián)型雙向DC/DC變換器4和負載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給時序控制電路2、最大功率點檢測電路3和Buck-Boost級聯(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的負極相連后與壓電換能器相連接，第一二極管D1的負極和第三二極管D3的負極同時與第一開關(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；

最大功率點檢測電路包括第一運算放大器U1、第二運算放大器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的負極、第六二極管D6的正極分別與第一運算放大器U1的輸出端相連接，第六二極管D6的負極、第一電容C1的一端、第二電阻R2的一端分別與第二運算放大器U2的同相輸入端相連接，第二運算放大器U2的輸出端與Buck-Boost級聯(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；

時序控制電路包括NE556雙時基芯片、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雙時基芯片的2腳、6腳相連接，第三電容C3的一端與NE556雙時基芯片的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雙時基芯片的12腳、13腳相連接，第五電容C5的一端與NE556雙時基芯片的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級聯(lián)型雙向DC/DC變換器相連接，反相器7404的3腳和NE556雙時基芯片的5腳均與NE556雙時基芯片的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級聯(lián)型雙向DC/DC變換器包括第一驅(qū)動芯片IR2110 Z1、第二驅(qū)動芯片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、第三運算放大器U3、第四運算放大器U4、第五運算放大器U5、第六運算放大器U6、第七運算放大器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)動芯片IR2110 Z1的9腳、第二驅(qū)動芯片IR2110 Z2的9腳分別與工作電源相連接，第一驅(qū)動芯片IR2110 Z1的3腳、第二驅(qū)動芯片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)動芯片IR2110 Z1的3腳相連接，第七二極管D7的負極、第六電容C6的一端與第一驅(qū)動芯片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的負極、電感L1的一端與第一驅(qū)動芯片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)動芯片IR2110 Z1的1腳相連接，第一驅(qū)動芯片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的負極與儲能電容Csto的一端相連接，儲能電容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的負極與第二驅(qū)動芯片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)動芯片IR2110 Z2的3腳相連接，第八二極管D8的負極、第七電容C7的一端與第二驅(qū)動芯片IR2110 Z2的6腳相連接，第七電容C7的另一端與第二驅(qū)動芯片IR2110 Z2的5腳相連接，第二驅(qū)動芯片IR2110 Z2的2腳、11腳、13腳接地，第二驅(qū)動芯片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)動芯片IR2110 Z1的12腳相連接，與門7408的1腳與第五運算放大器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腳與第六運算放大器U6的輸出端相連接，第五運算放大器U5的反相輸入端、第六運算放大器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，第五運算放大器U5的同相輸入端、第九二極管D9的負極與第二十二電阻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，第六運算放大器U6的同相輸入端、第十二極管D10的負極與第二十三電阻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，并輸出一個鋸齒波信號如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芯片實現(xiàn)；運算放大器U1～U7可采用現(xiàn)有的單電源的軌到軌的運算放大器芯片；低壓降穩(wěn)壓器LDO采用SPX5205芯片。

上述實施例中，基于最大功率點跟蹤的壓電振動能量采集系統(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)換成一個直流波形V_rect，時序控制電路2控制第一開關(guān)S1和第二開關(guān)S2兩個開關(guān)進行切換最大功率點采樣和能量采集兩個工作狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)S1斷開時，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)切換到最大功率點采樣狀態(tài)；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)S1閉合時，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)處于最大功率點采集狀態(tài)時，通過最大功率點檢測電路3對最大功率點進行峰值采樣保持，采樣時先由時序控制電路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檢測電路3的電平V_mpp。系統(tǒng)處于能量采集狀態(tài)時，濾波電容Crect后端連接Buck-Boost級聯(lián)型雙向DC/DC變換器4，最大功率點檢測電路3的電平V_mpp為Buck-Boost級聯(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處于最大功率點檢測電路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級聯(lián)型雙向DC/DC變換器4來實現(xiàn)V_DC的調(diào)節(jié)，因此儲能電容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)過一個低壓降穩(wěn)壓器LDO后降價到另一個+5V的輸出V_CC，同時V_CC給時序控制電路2、最大功率點檢測電路3和Buck-Boost級聯(lián)型雙向DC/DC變換器4提供穩(wěn)定的工作電源。

最大功率點檢測電路3的電路圖如圖2所示，其具體工作原理為：最大功率點檢測電路3可以分成幾個模塊：（1）電阻分壓電路：通過兩個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）模擬峰值存儲器：即第一電容C1，通過第一電容C1跟隨Vrect/2的變化，并檢測其最大值；（4）輸入輸出緩沖隔離：即第一運算放大器U1和第二運算放大器U2，由于在整流橋之后，所檢測的均為正電壓，所以運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，在定時重新更新最大功率點（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MPP值，使輸出的Vmpp=(V_oc,org/2-V_D)/10，V_mpp提供后端DC/DC一個輸入電壓調(diào)整參考值。

時序控制電路2的電路圖如圖3所示，其具體工作原理為：時序控制電路2采用NE556雙時基芯片與反相器7404實現(xiàn)，NE556雙時基芯片內(nèi)部含有2個NE 555時基電路：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)成一個多諧振蕩電路，產(chǎn)生一個占空比為99%、周期為10S的方波信號，其輸出經(jīng)過反相器7404取反輸Discon信號控制采樣電路放電復(fù)位；同時，NE556：B通過第七電阻R7和第四電容C4構(gòu)成一個單穩(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)生一個占空比為10%、周期為10S的方波信號Con2，該信號控制采樣電路通路的開關(guān)，該信號經(jīng)過反相器7404取反后產(chǎn)生一個控制能量采集電路通路開關(guān)的控制信號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)境和輸出的時序要求情況進行調(diào)節(jié)。

Buck-Boost級聯(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的電壓可能遠比運放處理電路等的工作電壓Vcc電壓高，所以在對V_DC進行采樣的過程中，將V_DC進行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)過第七運算放大器U7后輸入到誤差放大電路。誤差放大電路由兩個單電源供電的第三運算放大器U3和第四運算放大器U4構(gòu)成，第三運算放大器U3和第四運算放大器U4分別構(gòu)成了兩個結(jié)構(gòu)完全相同的差分放大電路，區(qū)別在于兩個差分放大電路的輸入不同，當(dāng)V_DC/10>V_mpp 時，第三運算放大器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，第四運算放大器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為兩個差分放大電路的放大倍數(shù)，兩個差分放大電路反應(yīng)的是V_DC與目標電平10×V_mpp之間的差距。為了防止Buck-Boost級聯(lián)型雙向DC/DC變換器4在目標電平10×V_mpp附近時出現(xiàn)能量正反方向傳輸?shù)奶儯孕枰O(shè)計正負兩個閾值電平，當(dāng)誤差大于超出閾值電平的時候才能與后端的鋸齒波電路比較，從而產(chǎn)生對應(yīng)的PWM波控制信號。本設(shè)計中兩個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，當(dāng)誤差電壓值大于二極管導(dǎo)通電壓值后才會產(chǎn)生PWM控制信號，可以通過增加或減少二極管的個數(shù)來實現(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級聯(lián)型雙向DC/DC變換器4的PWM波提供一個鋸齒波信號U90，其輸出的鋸齒波信號分別與兩路誤差信號進行比較，第五運算放大器U5與第六運算放大器U6構(gòu)成了兩個比較器，當(dāng)V_DC/10>V_mpp且U30>VD時，第五運算放大器U5輸出一個與誤差電平U30大小相關(guān)的PWM信號U5pwm，此時第六運算放大器U6輸出0電平。當(dāng)V_DC/10<V_mpp且U40>VD時，第六運算放大器U6輸出一個與誤差電平U40大小相關(guān)的PWM信號U6pwm，此時第五運算放大器U5輸出0電平；

由于時序控制電路2在控制切換到最大功率點采樣工作狀態(tài)時，使采樣電容在采樣初始狀態(tài)下復(fù)位，V_mpp是會被復(fù)位，所以這時Buck-Boost級聯(lián)型雙向DC/DC變換器4應(yīng)該處在不工作狀態(tài)。由時序控制電路2提供的Con1控制信號分別與U5pwm和U6pwm兩路PWM信號相與，采用與門7408的兩個二輸入與門（7408:A與7408:B）實現(xiàn)控制兩路PWM信號（PWM1與PWM2）的通斷，當(dāng)時序控制電路2在控制切換到最大功率點采樣工作狀態(tài)時，Con1輸出低電平使兩個與門均輸出0電平。切換到能量采樣工作狀態(tài)時，Con1輸出高電平使兩個與門均輸出原有PWM控制信號；

由于調(diào)控的是輸入電壓信號，所以設(shè)計的Buck-Boost級聯(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NMOS功率管實現(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，控制能量從V_DC傳輸?shù)絍sto的時候，M3與M4一直關(guān)閉，前半周期M2與M5導(dǎo)通，V_DC對電感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)部寄生二極管實現(xiàn)續(xù)流，將能量傳輸給Vsto端。當(dāng)V_DC/10<V_mpp且U40>VD時，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)部寄生二極管實現(xiàn)續(xù)流，將能量傳輸給V_DC端，從而實現(xiàn)了最大效率點的跟蹤。由于采用4個開關(guān)管均為NMOS管，所以PWM1和PWM2兩路信號需要通過帶自舉功能的高壓側(cè)懸浮驅(qū)動芯片IR2110來實現(xiàn)4個NMOS管的控制。自舉電路中需要對第六電容C6和第七電容C7進行預(yù)充電，才能使自舉電路正常工作，所以預(yù)先設(shè)定兩個電容C6、C7在檢測MPP期間充電，采用CON1的控制信號取反后的/CON1分別與兩個或門7432:A和7432:B來控制兩個驅(qū)動芯片IR2110上的12腳為高電平，使兩個驅(qū)動芯片IR2110上5腳通過Mn2與Mn4導(dǎo)通接地，這時第六電容C6和第七電容C7可以通過第七二極管D7和第八二極管D8進行預(yù)充電。