一種自適應型路面能量收集裝置的制作方法

本實用新型屬于新能源收集轉化技術領域，尤其涉及一種自適應型路面能量收集裝置。

背景技術：

在汽車運動過程中，汽車會對路面產生壓力與振動，利用壓電效應可以使這種壓力與振動產生電能，轉化后的電能可以儲存起來為各種電子設備使用，對促進綠色能源有很大意義。然而在道路上運行的車輛重量不一，小汽車只有1噸到2噸，大貨車可達20噸到30噸，有的超載貨車最高達100多噸，這加速破壞了路面的同時也使壓電換能器產生高電壓，從而導致能量收集電路無法收集這些能量。因此研究一種既可以收集小汽車通行下壓電換能器產生的低電壓，也可以收集大貨車通行下產生的高電壓的路面能量收集裝置具有十分重要的現實意義。

技術實現要素：

針對上述問題，本實用新型的目的在于，提供一種自適應型路面能量收集裝置，該能量收集裝置輸入范圍廣，且結構簡單實用。

為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種自適應型能量收集裝置，包括壓電換能器，壓電換能器埋設在道路下方，所述壓電換能器連接第一整流電路和降壓變壓器，第一整流電路連接開關電路，降壓變壓器連接第二整流電路，開關電路和第二整流電路均連接能量收集電路；壓電換能器產生電壓，開關電路根據壓電換能器產生的電壓大小導通或者斷開；當開關電路導通時，壓電換能器產生的電壓經由第一整流電路和開關電路輸送到能量收集電路，當開關電路斷開時，壓電換能器產生的電壓經由降壓變壓器和整流電路輸送到能量收集電路。

具體地，所述開關電路包括穩壓管、第一PMOS管、第二PMOS管和NMOS管，其中，穩壓管的輸出端連接第二PMOS管的源極，第二PMOS管的漏極連接NMOS管的柵極，NMOS管的源極接公共地，NMOS管的漏極連接第一PMOS管的柵極。

具體地，所述第一整流電路和第二整流電路均采用全橋整流器，所述能量收集電路采用LTC3105芯片。

具體地，所述壓電換能器的兩端分別連接所述第一整流電路的兩個輸入端AC，所述壓電換能器的兩端還連接所述降壓變壓器的輸入端；所述第一整流電路的輸出正端連接第一PMOS管的源極、第二PMOS管的柵極和穩壓管的輸入端；穩壓管的公共端接公共地；所述第一整流電路的輸出負端接公共地；

所述降壓變壓器的兩個輸出端分別連接所述第二整流電路的兩個輸入端AC；

所述能量收集電路的輸入端VIN連接第一PMOS管的漏極和所述第二整流電路的輸出正端；所述能量收集電路的功率點控端MPPC和負端GND接公共地；

所述能量收集電路的輸出端VOUT連接電容C1，電容C1接公共地；所述能量收集電路的線性穩壓輸出端LDO連接負載的一端，負載的另一端接公共地。

具體地，所述壓電轉化器采用PZT型壓電片。

與現有技術相比，本實用新型具有以下技術效果：本實用新型通過設置自適應型開關電路，克服了以往高低電壓無法兼顧收集的問題，使得路面能量收集裝置既可以通過降壓變壓器收集大貨車經過時壓電換能器產生的高電壓，也可以收集小汽車產生的低電壓，極大提高了能量收集效率。

附圖說明

圖1是本實用新型的系統框圖；

圖2是本實用新型的電路圖；

圖中各個標號含義：1—壓電換能器，2—第一整流電路，3—降壓變壓器，4—第二整流電路，5—開關電路，501—第一PMOS管，502—第二PMOS管，503—NMOS管，504—穩壓管，6—能量收集電路,7—負載。

以下結合附圖和具體實施方式對本實用新型的方案做進一步詳細地解釋和說明。

具體實施方式

參見圖1和圖2，本實用新型的自適應型能量收集裝置，包括壓電換能器1，壓電換能器1埋設在道路下方，所述壓電換能器1連接第一整流電路2和降壓變壓器3，第一整流電路2連接開關電路5，降壓變壓器3連接第二整流電路4，開關電路5和第二整流電路4均連接能量收集電路6；壓電換能器1產生電壓，開關電路5根據壓電換能器1產生的電壓大小導通或者斷開；當開關電路5導通時，壓電換能器1產生的電壓經由第一整流電路2和開關電路5輸送到能量收集電路6，當開關電路5斷開時，壓電換能器1產生的電壓經由降壓變壓器3和第二整流電路4輸送到能量收集電路6。

當車輛經過道路時，對道路產生激勵，壓電換能器1將激勵轉換成交流電；當壓電換能器1產生的交流電的電壓較小時，開關電路5導通，壓電換能器1產生的電壓經由第一整流電路2和開關電路5輸送到能量收集電路6；當電壓較大時，開關電路5斷開，壓電換能,1產生的電壓經由降壓變壓器3和第二整流電路4輸送到能量收集電路6。其中，第一整流電路2和第二整流電路4均用于將交流電轉換成直流電，降壓變壓器3用于降低電壓的值。本實用新型的能量收集裝置克服了以往高低電壓無法兼顧收集的問題，使得路面能量收集裝置既可以通過降壓變壓器收集大貨車經過時壓電換能器產生的高電壓，也可以收集小汽車產生的低電壓，極大提高了能量收集效率。

所述開關電路5包括穩壓管504、第一PMOS管501、第二PMOS管502和NMOS管503，其中，穩壓管504的輸出端連接第二PMOS管502的源極，第二PMOS管502的漏極連接NMOS管503的柵極，NMOS管503的源極接公共地，NMOS管503的漏極連接第一PMOS管501的柵極。

所述第一整流電路2和第二整流電路4均采用全橋整流器，所述能量收集電路6采用LTC3105芯片。

所述壓電換能器1的兩端分別連接所述第一整流電路2的兩個輸入端AC，所述壓電換能器1的兩端還連接所述降壓變壓器3的輸入端；所述第一整流電路2的輸出正端連接第一PMOS管501的源極、第二PMOS管502的柵極和穩壓管504的輸入端；穩壓管504的公共端接公共地；所述第一整流電路2的輸出負端接公共地；

所述降壓變壓器3的兩個輸出端分別連接所述第二整流電路4的兩個輸入端AC；

所述能量收集電路6的輸入端VIN連接第一PMOS管501的漏極和所述第二整流電路4的輸出正端；所述能量收集電路6的功率點控端MPPC和負端GND接公共地；

所述能量收集電路6的輸出端VOUT連接電容C1，電容C1接公共地；所述能量收集電路6的線性穩壓輸出端LDO連接負載7的一端，負載7的另一端接公共地。

所述壓電換能器1采用PZT型壓電片。

本實用新型的自適應型路面能量收集裝置中的所有元器件均不需要外界穩壓或穩流類供電設備提供能量輸入，并且也不需要任何外界控制指令，電容C1的電容值由負載確定，儲存足夠的電能作為外界工作負載的電源，LTC3105芯片的輸入端電壓為0.5V-5V，因此選用6V的穩壓管504來控制開關電路的通斷。

本實用新型的自適應路面能量收集裝置，其工作原理如下：

(1)初始狀態，壓電換能器1沒有變形，第一PMOS管501、第二PMOS管502和NMOS管503處于截止狀態；

(2)當車輛駛過道路，壓電換能器1變形后，其表面產生電荷，若其產生的輸入電壓小于5V，則電壓通過第一整流電路2傳輸到第二PMOS管502的柵極和穩壓管504的輸入端，則第二PMOS管502的源極電壓為穩壓管504輸出端電壓6V，柵極為輸入電壓，源極電壓大于柵極電壓且柵極電壓和源極電壓的電壓差大于1V，達到柵極與源極間的導通電壓(一般約1V)，則第二PMOS管502由截止狀態進入導通狀態，此時第二PMOS管502的源極和漏極導通，NMOS管503的柵極電壓也上升到導通電壓，NMOS管503導通的同時也使第一PMOS管501的柵極和源極電壓差達到導通電壓，第一PMOS管501也導通，開關電路5為導通狀態，從而使輸入電壓傳輸到能量收集電路6的輸入端；

若輸入電壓為5V到6V之間，則第二PMOS管502的源極電壓為穩壓管504輸出端電壓6V，柵極為輸入電壓，源極電壓大于柵極電壓，但柵極電壓和源極電壓的電壓差小于1V，第二PMOS管502處于截止狀態，開關電路為斷開狀態，電壓經過降壓變壓器3降低電壓后經過第二整流電路4傳輸給能量收集電路6的輸入端；

若輸入電壓大于6V，則第二PMOS管502的源極電壓為穩壓管輸出端電壓6V，柵極為輸入電壓，源極電壓小于柵極電壓，第二PMOS管502處于截止狀態，開關電路5為斷開狀態，電壓經過降壓變壓器3降低電壓后經過第二整流電路4傳輸給能量收集電路6的輸入端。

(3)能量收集電路6的輸出端VOUT接電容C1，能量在電容C1內進行儲存；線性穩壓輸出端LDO接負載，在輸出端VOUT充電的情況下，線性穩壓輸出端LDO給負載7供電。