用壓電蜂音器收集能量

能量收集系統(tǒng)是從環(huán)境中獲得能量的系統(tǒng)。不幸的是，這類發(fā)電裝置提供的能量要比標(biāo)準(zhǔn)的電池少得多。然而，隨著當(dāng)今可佩戴設(shè)備尺寸和功耗的降低，在一些低功耗系統(tǒng)中，用能夠從用戶所處環(huán)境收集能量（如用戶行走和跑動中產(chǎn)生的振動能）的發(fā)電裝置替代電池已具有可行性。此設(shè)計實例利用標(biāo)準(zhǔn)和易于獲得的壓電蜂音器的壓電效應(yīng)將機械振動轉(zhuǎn)化為電能。盡管壓電蜂音器通常是在施加交流電后發(fā)出聲波，但也可以反過來利用它，也就是說，在振動頻率與壓電蜂音器共振頻率匹配時，壓電蜂音器可以產(chǎn)生最大的交流峰值電壓供人使用。

圖1所示的發(fā)電裝置為一個簡單的電路。壓電蜂音器振動時會產(chǎn)生一個交流電壓，必須將此電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓，然后才可以給電容充電。采用四只肖特基二極管構(gòu)成一個橋式整流器，將交流變?yōu)橹绷?。為了保證工作可靠性和高效率，應(yīng)選擇肖特基二極管，如On Semiconductor公司生產(chǎn)的1N5820 整流二極管。該類二極管具有較低的正向壓降和較低的反向泄漏。
能量收集器通常是長時間收集微量能量，因此收集器一般包括一個超級電容形式的蓄能子系統(tǒng)，如Cooper Busmann公司的PowerStor 0.47F 2.5V 電容。電容值越大，充電所需時間就越長。另一方面，電容值越大，在負(fù)載相同的情況下，供電時間也越長。 由于超級電容通常比標(biāo)準(zhǔn)的電解電容電壓低得多，所以必須接一個齊納二極管（如BZX85-C2V7）來防止超級電容兩端的電壓超過其額定最大電壓。接通負(fù)載后，超級電容就開始放電，超級電容上的電壓開始下降。為了保證輸出電壓恒定，必須采用一個直/直電壓變換IC（如Maxim的MAX1675）構(gòu)成3.3V升壓變換器。

圖1，簡單振動能收集電路采用市售壓電蜂音器作為將機械能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。

這樣有一個額外的好處，就是如果超級電容電壓降低到低于所需工作電壓時，只要超級電容電壓不低于直/直電壓變換器的輸入低限，該電路可以繼續(xù)提供穩(wěn)定的輸出電壓。對于MAX1675，輸入電壓低限為0.7V。