压电换能器并联输出特性及接口电路研究

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1、硕士学位论文压电换能器并联输出特性及接口电路研究ResearchonOutputCharacteristicandInterfaceCircuitofMultiplePiezoelectricGeneratorsinParallel—connectionMode学21104110完成日期：2014-6-6大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明

2、JIDIJJPIJJIIJIllllIlIJllllPlJIIIJY2592017作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下

3、进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：』吐＆基盘蛰基军塑鱼自2盟童监么立釜望童盛篷社作者签名：j鍪盔年霾L———一日期：上2奸—厶月—L日大连理工大学硕士学位论文摘要能源匮乏问题是全世界国家和人民共同面临的大问题，为了缓解能源危机对社会造成的负面影响，各国学者都在积极的开展关于可再

4、生能源的相关研究。环境振动能是可再生能源的一种，其广泛的存在于自然环境中，不受时间、季节的限制，是一种含量丰富的清洁能源。利用压电材料具有压电效应，可以设计压电换能系统，其能有效利用环境振动能。为了提高压电系统的输出性能，本文做了如下工作：首先，单独工作的压电换能器输出功率有限，在与接口电路配合使用时，压电换能器输出的能量有时还不够抵消接口电路消耗的能量，因此本文采用多压电换能器协同工作的思想，针对多压电换能器协同工作设计了四种带负载的并联电路，详细给出了在四种电路下多压电换能器输出功率的推导过程，提出并分析了激振力相位差对四种电路输

5、出功率的影响，对比了压电换能器单独工作与并联工作时的输出功率特点。其次，接口电路中电子元器件的功耗是影响接口电路工作效率的重要因素，其中以整流二极管的功耗最大，在传统的理论模型中均将整流二极管当成是理想器件，本文以标准电路为基础，提出一种将整流二极管压降考虑在内的功率推导模型，详细的给出了理论推导过程，并从系统最优匹配负载、系统输出功率以及整流二极管对高、低功率两类压电系统的影响规律三个方面做了仿真分析。再次，本文从实际应用角度出发，根据应用目的不同设计了多种压电换能器接口电路，分别是：与低功耗传感器配套使用的3．3V直流电压输出电路

6、；适用于单个压电换能器的超级电容和低容量锂离子电池储能电路；适用于多个压电换能器的锂离子电池储能电路。通过实验测试了电路的输出性能，测试结果符合设计要求。最后，本文设计了一种风力带动旋转压电发电机，利用机械装置和磁铁之间的相互作用将环境风能转换为振动能，以压电换能器作为中间换能装置，将振动能转换为电能。本文介绍了旋转压电发电机的9个组成部分，并通过实验平台对旋转压电发电机进行参数优化。将本文设计的接VI电路应用到旋转压电发电机上，旋转压电发电机既可以与无线传感器结合，构成电源供电装置，也可以与储能介质配合，构成压电储存装置。关键词：压

7、电换能器；并联；整流二极管；接口电路；旋转压电发电机压电换能器并联输出特性及接口电路研究ResearchonOutputCharacteristicandInterfaceCircuitofMultiplePiezoelectricGeneratorsinParallel．connectionModeAbstractEnergyscarcityisaseriousproblemperplexingeveryonearoundtheworld．Inordertoalleviatethenegativeimpactofenergycris

8、isonsociety，scholarsfromvariouscountriesarecarryingoutresearchonrenewableenergy．Environmentalvibrationenergyisonekindofrenewableenergywhichisextensiveexistinginnaturalenvironment．Withoutthelimitationoftimeandseasons，environmentalvibrationenergyisanabundantkindofcleanene

9、rgy．Apiezoelectricvibrationsystemcanbedesignedbasedonthepiezoelectriceffectofpiezoelectricmaterialsonthepurpos