一種基于PVDF的雙發電系統的設計

　　3.2 RF遠程傳輸電路的設計

　　系統主要應用于公路發電系統，也有可能安裝在環境較為惡劣的地區，故采用了傳輸效率高、傳輸響應頻率嚴格的RF遠程傳輸電路來提高系統能量的收集效率。

　　RF發射電路由發射頭電路和微處理器兩部分組成，其工作原理是當微處理器和發射頭電路同時上電后，微處理器串行輸出口TXD發送一組數據，通過發射頭電路以電磁波形式發送到空中。數據發送時間要小于10ms,因為壓電發電裝置所提供的電壓在控制電路的調解下每次只能持續1s,故所設計的發射電路要適應壓電發電裝置這個特性。

　　在系統中，利用RF發射電路將系統電網收集的電能集中傳輸給升壓及儲能電路，實現了遠程傳輸和遠程控制。在一些特定的區域應用時可以大大減少安裝、運輸及管理成本等。

　　3.3 升壓電路的設計

　　一般的升壓電路，當電源電壓低于DC/DC驅動電壓，DC/DC根本無法啟動及進行任何升壓動作。因此首先要解決的就是升壓電路的啟動問題。但是系統增加啟動電路必然使整個電路復雜化，且電路的穩定性降低。本設計需要的是一種不加啟動電路的升壓電路。

　　采用S882Z系列充電泵就能使上述問題迎刃而解。S882Z系列按放電開始電壓大小有4個品種：分別為1.8V,2.0V,2.2V及2.4V,在型號后綴中用18,20,22及24來區分。例如，S882Z20是放電開始電壓為2.0V的充電泵。

　　該系列的主要特點如下：輸入電壓VIN范圍在Ta=-30~+60!時為0.3~3.0V;Ta=-40~+85!時為0.35~3.0V;工作時的消耗電流在VIN=0.3V時為0.5mA（最大值）；有關閉控制，在關閉狀態或稱休眠狀態時耗電小于0.6A（VIN=0.3V）；關閉控制電壓為放電開始電壓降0.1V（小于等于3.0V）；內部振蕩器頻率為350kHz;外部僅接一個啟動電容（CCPOUT）；小尺寸SOT235封裝。

　　3.4 儲能電路設計

　　壓電元件產生的電荷是瞬間和交替的，是以不規則的隨機突發形式提供能量，而且在電能提取過程中具有阻尼效應。當振動能傳遞到壓電材料時，由于壓電材料內部電阻太大（相當于斷路）或電阻太小（相當于短路）時，產生的電能未消失，會再次轉化為振動能；重復這種過程，振動衰減會持續一段時間。所積聚起來的電荷阻礙電荷的進一步生成，因此必須先在一個超級電容器中積累足夠的能量，然后通過轉換電路將能量儲存于電池中。

　　本系統采用MAX1811作為主控芯片設計電路對可充電電池進行電能收集。MAX1811體積小，尺寸為5.00mm?6.20mm?1.35mm,它是一種高集成度電池充電器，所需外圍元件很少，易于控制電路體積，而且，它可以用于鋰電池充電。

　　MAX1811有兩個設置端，其中SELV設置為高時，對電池的最終充電電壓為4.2V;設置為低時，最終充電電壓為4.1V,可適應不同最終充電電壓的鋰電池，MAX1811最終充電電壓的精度可達到0.5%,能安全地對電池進行充電。另一個設置端是SELI,開關K閉合設置成高時，充電電流為500mA,適用于高功率的端口（4.75~5.25V,500mA）；開關斷開為低電平時，充電電流為100mA,適用于低功率端口（4.40~5.25V,100mA），CHG一端在充電期間為低電平，可連接一只發光二極管作充電指示。

　　壓電材料振動得到的交流電電壓大約為1V,通過升壓電路后電容電壓達到MAX1811充電控制端輸入電壓要求，電路開始工作。MAX1811的各項參數滿足設計要求。

　　4 發電系統測試流程設計

　　壓電發電裝置及試驗系統從主體結構設計、電路設計到軟件編程組建了一套完整的壓電材料發電能力的試驗測試系統，這為接下來要進行的對壓電材料發電性能參數的測定提供了平臺，并且為研究外界激勵的頻率、振幅對壓電材料發電產生電壓、電荷量大小的影響提供了分析測試基礎。

　　測試系統的工作原理為：由功率放大器和高能激振器組成的信號發生器輸出一個頻率及振幅可調的正弦激勵，為以壓電材料為主體的結構提供激勵源。經霍爾位移傳感器和電荷放大器分別檢測壓電材料變形量和壓電材料變形所產生的電荷量，并用圖6測試系統工作框圖電阻分壓的方法把壓電材料產生的輸出電壓調整到采集卡允許的輸入電壓范圍。然后使用數據采集卡對三路信號進行采集，最后利用采集軟件進行數據的采集、存儲、處理等。

　　5 結語

　　設計制作了簡易的壓電發電裝置樣機，對影響壓電振子發電能力的因素進行了試驗分析，同時測試了壓電發電裝置的發電性能和能量轉換系統的驅動能力。

　　由于壓電發電具有節能、環保等優點，因此在壓電發電領域具有良好的應用前景。

　　從壓電能量在點火裝置、傳感器和光電測試儀等設備中的應用，到壓電能量的大量捕獲、存儲，甚至利用壓電技術發電，這是壓電能源發展的必然趨勢。根據實際振動環境和條件，選擇更優化的結構配置、壓電振子材料和幾何參數，以及高效的能量轉換存儲電路是提高振動能量捕獲量和捕獲效率的必要途徑，也是壓電發電技術要發展成熟必須要解決的難題。