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本文研究的是利用压电材料的正压电效应,设计为电子设备供能的压电能量收集技术。压电材料是一种机电耦合材料,可将机械振动能量转换为电能,反之也可以将电能转换成机械振动能。利用压电材料将周围环境的振动能量转换为电能的装置即为压电能量获取系统。本文的目标是利用压电片的应变获得电流,该电流经由整流电路转换成直流,然后经DC升压电路后输出稳定直流电压,再由电源管理芯片对锂电池充电进行控制。由于压电装置产生的电流只有几微安,无法直接驱动DC升压电路,利用整流电路整流,然后电流对超级电容充电,驱动DC升压电路和电源管理电路,由锂离子电池对产生的电能进行收集。基于上述目标,将研究的内容分为以下几部分:1.压电陶瓷是压电发电装置中的基本元件。基于压电理论分析了压电材料在振动条件下的力学一电学等效模型、工作模式,并推导出产生能量的数学表达式,分析了压电材料产生能量转换效率和利用效率。2.通过Matlab软件对单个压电片粘贴在悬臂梁上的发电结构进行压电耦合分析。采用简谐输入信号激励悬臂梁使之横向振动,通过几个不同的电阻模拟恒稳态条件下的电压输出,得到在不同的频率下悬臂梁模型产生的电压随时间变化的关系,为试验测试提供了依据。3.制作了纤维悬臂梁压电发电结构并进行了进行试验测试。在随机振动条件下,测得了悬臂梁式压电发电结构产生的电压及电荷量。通过此试验,为后续能量收集硬件电路设计提供了依据。4.利用电路模拟软件Orcad模拟压电等效电路,设计制作压电能量获取硬件电路。压电材料能产生的交流电,需要对该电流进行整流和滤波。所设计的电路包括:倍压整流电路,滤波电路,用来将振动中压电材料产生的交流电整流后得一脉动直流电压;超级电容器,DC-DC升压电路和电源管理电路,采用Max1678和Max1811设计,用以收集和存储压电材料产生的电量。本文设计的悬臂梁式压电发电结构,在其自由端施加一个持续的激励信号,产生了连续的交流电,然后通过整流电路,由超级电容器缓冲产生的电能,这是一个缓慢积累的过程,当超级电容器上电压达到1.4V的阈值时,DC升压电路和电源管理电路被接通,为锂离子电池输送电能。