摘要：为了处理运用压电能量搜集技能搜集到电能的存储问题，提出了一种充电器的规划方案。运用压电能量搜集器和LTC3588—1电源办理芯片为中心的电压改换电路以及LTC4071充电操控芯片为中心的充电操控电路，将搜集到的电能改换后存储到锂电池。试验成果表明，规划的充电器可以输出4.1V的安稳直流电压来为锂电池充电，完成了将压电能收器搜集的电能存储到锂电池，具有运用远景。
导言
近年来，能量的搜集日益引起人们的重视。能量搜集是近年来在动力危机中发展出来的一个新式名词，和传统的发电机产生电能的办法不同，能量搜集是期望将环境中所未能运用的动力将其转换成人们可以运用的电能然后存储，以到达动力收回再运用的意图。因为压电资料具有呼应速度快，成本低，结构简略等长处，根据压电资料的能量搜集技能已经成为了一种很有发展前途的能量搜集办法，压电资料通过压电效应可以将周围的振荡能量转换成电能。因为压电能量搜集器产生的电能电压大、电流小、功率小，并且是沟通电压。因而不能直接供应电子器材运用，需求先将搜集的电能进行改换，然后存储后才干向外供电。
鉴于压电能量搜集的电能存储问题，本文提出了一种根据压电能量搜集技能的充电器的规划方案。运用压电能量搜集器和LTC3588-1电源办理芯片为中心的电压改换电路以及LTC4071充电操控芯片为中心的充电操控电路，将搜集到的能量存储到锂电池。研讨了压电能量搜集器在谐振状况下，充电器给锂电池充电的时刻以及验证充电器充电电路的可行性。
1 压电能量搜集器结构及作业原理
压电能量搜集器运用压电效应，可以将机械振荡能量转换为电能。悬臂梁式能量搜集器结构是最常见的振荡能量搜集器结构，如图1所示为一典型的压电双晶悬臂梁式的压电能量搜集器的结构，中心是金属层，在金属层的上下外表都贴有压电陶瓷作为压电层。整个能量搜集器构成一悬臂梁结构，一端为固定端固定于基座中，另一端为自在端，自在端上附有一个质量块。基座置于环境中，当它遭到振荡源效果上下振荡时，梁的自在端在惯性的效果下也将上下运动，悬臂梁将产生曲折变形，上下外表的压电陶瓷一个受拉，一个受压，压电陶瓷中产生横向应力，因为压电元件的机电耦合特性将在电极面上产生电荷，从而将机械的振荡转换为电能。
本文中的压电能量搜集器选用图1悬臂梁式的结构。其间，压电双晶片选用PZT-5H压电陶瓷，金属弹性层选用#CW617N黄铜资料。
2 充电器电路规划
充电器电路便是将压电能量搜集器产生的电能进行整流、DC—DC改换、充电操控，然后将改换后的电能存储到电池。传统的充电电路是选用ESSH和SSDV等技能，这些电路需求电子原件过多，电路自身耗费的能量大，导致能量搜集的功率低，并且这些电路需求两个压电能量搜集器才干作业。为了进步能量搜集和存储的功率，本文规划了LTC3588—1电源办理芯片为中心的电压改换电路以及LTC4071充电操控芯片为中心的充电操控电路将能量搜集器搜集的电能存储在电池。体系的框图如图2所示。
2.1 电压改换电路
美国凌力尔特公司推出新式电源办理芯片LTC3588-1，以优化对低压电源的办理。LTC3588—1内部集成一个低损耗、全波桥式整流器和一个高功率降压型转换器，通过压电能量搜集器搜集环境中的振荡能量，然后将这种能量改换后输出。
LTC3588-1的输入电压为2.7V～20V。LTC3588-1可对输入的电压进行整流并通过外部电路进行滤波、存储，一起通过内部并联稳压器稳压、限幅。电压改换电路如图3所示。
2.2 充电操控电路
充电操控电路的组成以LTC4071为中心。LTC4071可以完成从十分低电流、断续或接连电能对锂离子/锂聚合物电池的充电。该器材具有一种接近于零电流的低电池电量闭锁断接功用，乃至可防止容量极低的电池产生深度放电及遭受潜在无法修正的损坏。550nA至50mA的作业电流使得可以选用曾经不能用的电源来充电。凭仗其低作业电流，LTC4071很适合于对能量搜集运用中的低容量锂离子电池或薄膜电池进行充电。
LTC4071供给了一个可通过ADJ引脚来挑选的浮置电压，该浮置电压的准确度达±1%。通过在NTC热敏电阻温度高于40℃时主动下降电池浮置电压，该器材的集成化电池热量查验器延长了电池的运用寿命并改进了可靠性。别的，LTC4071还供给了通过LBSEL引脚来挑选电池低电量的断接电平缓通过HBO引脚来指示电池高电量状况输出。充电操控电路如图4所示。
3 试验与成果剖析
压电能量搜集器将机械振荡能量转化为电能，当压电器材特征频率和外部鼓励信号频率共同时，能量搜集器的输出功率最大。本文通过试验的办法、测得搜集器的开路电压与鼓励频率的联系别离如图5所示。用于试验压电双晶片的中心层长度为70.25mm，宽为53.09mm，厚度为0.2mm;压电层长度为50.33mm，宽为50.33mm，厚度为0.2mm。
由图5可知，当外部鼓励信号约为11Hz时，能量搜集器输出的电压最大。因而，本文中挑选激振器的驱动信号为11Hz的简谐正弦信号来进行试验。测验的充电器电路的原理图如图6所示。
在实践测验中，让充电器给容量为8mAH(GMB301009HB)的锂电池充电，当输出的电压低于3.2V的时分，充电器不会给电池充电;为了维护锂电池，充电器最大的充电电压4.2 V。充电器作业时，充电电压为4.1V，充电电流是0.02～0.05mA，通过大约1h，锂电池的电压从2.24V被充到了3.04V，充电的曲线如图7所示。
4 结束语
本文提出的根据压电能量搜集技能的充电器规划方案，完成了将压电能收器搜集的电能高功率的存储到锂电池。试验成果表明，与传统的充电电路比较，运用LTC3588-1电源办理芯片建立的电压改换及LTC407 1充电操控芯片为中心的充电操控电路减少了充电时刻，下降了电路自身的功耗，完成了给锂电池充电，具有运用远景。
