自供電式同步翻轉(zhuǎn)電荷提取電路的優(yōu)化設(shè)計

邱泓程，隋麗，王東亞

（1.北京理工大學(xué) 機(jī)電工程與控制國家級重點實驗室，北京 100081；2.西北工業(yè)集團(tuán)有限公司，西安 710043）

現(xiàn)代引信電子化、智能化以及小型化的發(fā)展趨勢對引信電源的設(shè)計也提出了相應(yīng)的需求，傳統(tǒng)化學(xué)電源因體積大、需頻繁更換和回收難等缺點，已無法滿足引信微型化的要求[1-2]。從環(huán)境中收集能量轉(zhuǎn)換為電能是解決上述問題的方法之一。其中，壓電振動能量俘獲技術(shù)是具有廣闊前景的方式之一。壓電材料作為新型能源，具有體積小、壽命長、能量密度高等諸多優(yōu)點，不僅能夠滿足現(xiàn)代引信電源小型化的需求，還可以為引信安保系統(tǒng)提供基于環(huán)境激勵的解保信號[3-5]。

壓電換能器（Piezoelectric Transducers，PZT）在周期性往復(fù)振動狀態(tài)下時，輸出的是交流電壓，而普通電子設(shè)備一般需要直流供電。因此，需要在PZT和負(fù)載之間設(shè)計一種接口電路，來實現(xiàn)AC-DC 轉(zhuǎn)換，并保證接口電路的能量俘獲效率維持在較高水平[6-7]。其中最簡單、最經(jīng)典的接口電路是由4 個二極管組成的全橋整流電路（Full Bridge Rectifier Circuit，F(xiàn)BR），但其輸出功率對負(fù)載阻抗變化敏感，并且由于PZT 上寄生電容不斷充放電的影響，使得FBR 的能量俘獲效率較低[8-9]。

研究人員提出了多種非線性能量俘獲技術(shù)來提高對PZT 的能量俘獲效率，主要包括同步開關(guān)電感（Synchronized Switch Harvesting on Inductor，SSHI）技術(shù)[10-18]和同步電荷提取（Synchronous Electric Charge Extraction，SECE）技術(shù)[19-23]等。相較于SSHI 電路，SECE 電路具有輸出功率不受負(fù)載影響的特點[19]，在任何負(fù)載情況下的輸出功率都是最優(yōu)輸出功率。Lallart 等[24-25]在SECE 技術(shù)基礎(chǔ)上，提出了同步翻轉(zhuǎn)電荷提取（Synchronous Inversion and Charge Extraction Circuit，SICE）電路，進(jìn)一步提高了接口電路的能量俘獲效率。……