一種開關控制電路及自供電電路的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電路技術領域，具體涉及一種開關控制電路及自供電電路。
【背景技術】
[0002]壓電式發電是利用壓電效應將機械能轉換成電能的一種發電方式，壓電材料在受到外界激勵發生形變的同時會在其兩個相對表面產生電荷，通過能量回收電路提取該電荷并儲存便可作為電源為微電子產品或系統供電。目前研究較多的壓電發電能量回收電路有同步電荷提取電路、串(并)聯電感同步開關電路和雙同步開關電感電路。在外界激勵下壓電材料輸出的電壓呈正弦規律變化，以上電路在壓電材料兩端電壓達到最大時導通、在經過1/4或1/2個LC振蕩周期后關斷才能使電能回收效率最大。因此，壓電式發電能量回收電路的開關控制方式是提高壓電式發電能量轉換效率的關鍵因素。
[0003]目前常用的直接采用單片機檢測壓電材料電壓極值的方式存在不可忽視的缺陷:單片機程序通過A/D轉換比較采樣值的大小，從而找出采樣值中的最大值，并在該值對應的時刻輸出開關控制信號。但采樣值中的最大值并不是壓電材料兩端真實的電壓極值，從而導致開關動作時刻不準確，影響能量回收的效率。而且不同的回收電路在開關閉合時長上有差異，該控制方式在程序編寫上的針對性較強，不便于直接應用于多種回收電路。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種開關控制電路及自供電電路，所述開關控制電路能夠保證開關動作的準確性，提高壓電式發電能量回收效率；所述自供電電路能夠在不依賴外部電源的情況下自動為所述開關控制電路供電。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供以下技術方案:
[0006]第一方面，本發明提供了一種開關控制電路，用于控制能量回收電路對壓電發電裝置產生的能量進行回收，該開關控制電路包括:分路單元，微分器單元、模擬移相器單元、開環放大電路單元和第一單片機控制單元；
[0007]所述分路單元，用于將壓電發電裝置中的壓電材料兩端產生的正弦電壓信號分成完全相同的第一正弦電壓信號和第二正弦電壓信號；
[0008]所述微分器單元，用于將所述第一正弦電壓信號轉換為第一余弦電壓信號；
[0009]所述模擬移相器單元，用于將所述第二正弦電壓信號進行Ι/m移相；所述移相后的正弦電壓信號經過所述微分器單元，得到第二余弦電壓信號；
[0010]所述開環放大電路單元，用于對所述第一余弦電壓信號和所述第二余弦電壓信號分別進行開環放大，得到幅值和周期均相同的第一方波信號和第二方波信號；
[0011]所述第一單片機控制單元，用于對所述第一方波信號和第二方波信號的跳變沿進行檢測，并在檢測到所述第一方波信號或第二方波信號的跳變沿時交替輸出用于控制開關閉合和斷開的控制信號，開關閉合時，所述能量回收電路對所述壓電發電裝置產生的能量進行回收，開關斷開時，所述能量回收電路停止對所述壓電發電裝置產生的能量的回收。
[0012]進一步地，所述控制信號為高低電平信號，其中，高電平信號用于控制開關閉合，低電平信號用于控制開關斷開。
[0013]進一步地，所述m的取值為2或4。
[0014]進一步地，所述開關控制電路還包括運算放大器單元；所述運算放大器單元與所述分路單元相連，用于對所述第一正弦電壓信號和第二正弦電壓信號進行信號放大。
[0015]進一步地，所述第一單片機控制單元為ATMEGA128單片機。
[0016]第二方面，本發明提供了一種開關控制電路的自供電電路，包括第一超級電容、第二超級電容、第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關、第四可控開關和第二單片機控制單元；
[0017]所述第三可控開關的第一端與壓電發電裝置相連，所述第三可控開關的第二端與所述第二超級電容的第一端相連；
[0018]所述第一可控開關的第一端與壓電發電裝置相連，所述第一可控開關的第二端與所述第一超級電容的第一端相連；
[0019]所述第四可控開關的第一端與所述第二超級電容的第二端相連，所述第四可控開關的第二端與開關控制電路相連；
[0020]所述第二可控開關的第一端與所述第一超級電容的第二端相連，所述第二可控開關的第二端與開關控制電路相連；
[0021]所述第二單片機控制單元與所述第一超級電容、第二超級電容、第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關和第四可控開關分別相連；
[0022]所述第二單片機控制單元，用于實時監測所述第一超級電容和所述第二超級電容的電量，并根據所述第一超級電容和所述第二超級電容的電量控制第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關和/或第四可控的開閉，以控制壓電發電裝置為第一超級電容或第二超級電容充電，以及第一超級電容或第二超級電容為所述開關控制電路供電。
[0023]進一步地，所述第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關和/或第四可控開關為N溝道增強型M0S管。
[0024]進一步地，所述第二單片機控制單元為ATMEGA128單片機。
[0025]由上述技術方案可知，本發明所述的開關控制電路實現了檢測對象的轉換，避開了對壓電材料兩端正弦電壓的極值檢測，轉而對對應余弦電壓信號的過零點檢測，降低了檢測難度，提高了開關動作的準確性，而且開關閉合時長可由模擬移相器調節，便于應用于多種能量回收電路。本發明所述的開關控制電路的自供電電路通過兩個超級電容交替充放電為開關控制電路的有源器件供電，從而保證開關控制電路及其對應的壓電發電裝置的獨立性，使得開關控制電路不再需要外接電源。
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1是本發明第一個實施例提供的開關控制電路的結構示意圖；
[0028]圖2是本發明第一個實施例提供的開關控制電路的原理示意圖；
[0029]圖3是本發明第一個實施例提供的開關控制電路工作過程出現的波形圖；
[0030]圖4是本發明第一個實施例提供的單片機的工作程序流程圖；
[0031]圖5是本發明第二個實施例提供的自供電電路的結構示意圖；
[0032]圖6是本發明第二個實施例提供的自供電電路的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0033]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0034]本發明第一個實施例提供了一種開關控制電路，該開關控制電路用于控制能量回收電路對壓電發電裝置產生的能量進行回收。一般地，所述能量回收電路主要包括同步電荷提取電路、串(并)聯電感同步開關電路和雙同步開關電感電路。本實施例提供的開關控制電路主要用于控制電荷提取電路進彳丁電荷提取。
[0035]參見圖1，該開關控制電路包括:分路單元10，微分器單元20、模擬移相器單元30、開環放大電路單元40和第一單片機控制單元50 ;
[0036]所述分路單元10，用于將壓電發電裝置