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申请/专利权人：华南理工大学

摘要：本发明一种用于基于微分器和分压器的自跟踪摩擦纳米发电机电源管理系统TENGPMS，与以往固定的开关阈值不同,本发明提出的PMS能够跟随环境变化自动寻找电压的最大值点,并在该点触发MOSFET使得能量转移。这一目标是利用微分的零点对应于TENG输出电压幅值点的原理,结合比较器在该点控制MOSFET的导通来实现的。针对于TENG的高电压，本文给出基于芯片参数来选定分压电阻的计算方法，并使用一种特别的由电阻和电容组成的分压器来对TENG进行降压,为TENGPMS提供了一种通用的方法。创新的设计使得在PMS中引入各类芯片成为可能，且不需要任何额外的电源,完全由TENG自身供电。本发明能够在理想的框架内控制TENG到负载的功率流,利用电容器存储来自TENG的能量,然后高效地将能量传递给负载。所提出的方法全用模拟器件实现。

主权项：1.一种用于基于微分器和分压器的自跟踪TENGPMS，其特征在于，该微分器和分压器具体包含以下几个部分结构一：自双倍整流根据TENG的结构以及电荷转移的特点，整流电路将TENG的交流电转换成直流电供后续电路使用。自双倍整流电路是一种根据TENG的特点精心设计的AC-DC转换方法。SDR-TENG将TENG的每个运行周期分为两个不同输出方向的半周期,并将首个半周期的输出保存在TENG的内部电容器中,等待下一个半周期一起释放,利用这种整流电路,能改善TENG的正负电压不对称从而难以跟踪的缺点。结构二：微分电路设计目前还没有对于能量释放点的电压阈值的研究，实际上环境的振幅的变化往往很大，固定电压阈值点会存在的一定的能量损耗。本设计，我们通过设计微分器，使得PMS能实现自动追踪电压的最值而非固定一个接近的值。具体来说，将使用微分器对TENG输出电压进行微分操作，在电压最大值的点微分器给出0的电平输出，结合比较器驱动MOSFET导通。这种设计在环境变化较大的情况下能大幅提高所采集的能量。每个机械循环在Voc最大的点将开关打开传输能量,能量传输效率是最高的。应用上节提到的自双倍整流,加上TENG每个峰值点处恰巧为电压斜率为0的点,因此可用微分器测出这个峰值时刻。结构三：分压器和开关设计TENG的输出高电压使其不能直接为各种芯片供电,计算出分压电阻、电容的合理取值范围。并且利用电阻和电容串联的分压电路,使得MOSFET充分导通,实现能量的可靠传递。芯片的供电电压Vin是由Cin上的电压Vcin分压所得到的。然而以往的分压电路在MOSFET导通时,Cin会瞬时放电使得Vcin急剧降低,导致VN下降为接近0的值。MOSFET会瞬间失去栅极电压而关闭。这会导致Cin的能量不能完全转移,本发明采用电阻和电容串联分压,可以看到VN'不像VN一样瞬间降到接近0的数值,而是在电容C作用下较为缓慢地放电,放电时间的延长直接使得MOSFET导通时间延长,从而确保了能量有足够的时间传递到储能电容端。

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百度查询： 华南理工大学 基于微分器和分压器的自跟踪摩擦纳米发电机电源管理系统（TENG PMS）