原创《基于压电效应电路分析》：本论文主要论述了压电效应论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
摘 要：压电效应技术以其独有的优势在环保节能领域扮演重要的角色.针对整流电路设计中的桥式整流电路和倍压整流电路的优缺点进行了介绍.此外采用一实例针对稳压电路的设计中储能元件的选择和稳压电路的设计进行了简要阐述.相信利用压电材料作为发电装置的应用将带来新的商业前景.
关键词：压电效应;压电振子;整流电路;电路设计
引言：压电晶体产生的电能具有突变性和瞬时性,无法直接为负载供电,因此在供负载使用之前需要进行AC-DC整流、DC-DC稳压、储存电能三个步骤.在这个过程中,电路的能量转换效率以及储能元件储存能力直接影响压电晶体输出功率[1].整流之后,须经过电容滤波稳压,才能得到稳定可使用的电能.本文就整流电路和稳压电路的设计中涉及的方面进行简要
介绍.
1.压电效应
压电效应[2]的机理是：当外力作用在具有压电性的晶体上时,晶体随之发生形变,由于晶体较低的对称性,晶胞中正负离子产生的相对位移使晶体发生宏观极化.因此当压电材料受力发生形变时,它的两个表面会出现异号电荷,也就是正压电效应.和此相反,将压电材料置于电场中时,会产生极化现象,即电荷中心的位移导致材料变形的现象,这种现象称之为逆压电效应.
2.整流电路
在交变的冲击或外力作用下,压电材料输出的电流和电压呈现不规则状,所以必须先对压电材料的输出电流进行整流.常见的整流方式有：半波整流、全波整流、桥式整流和倍压整流[3].下面主要介绍一下桥式整流电路和倍压整流电路.
桥式整流电路通过四个二极管联接构成一个整体的整流电桥,无论交变输入电压处于哪一周期时,都会形成单向的脉动直流电压.而桥式整流电路中每只二极管承受的反向电压等于输入电压U.
常见的双倍压整流中的电容C1和C2利用一个周期内的正负电压分别对其充电,使两个电容都充电到接近整流输入电压的峰值后,C1和C2中的电荷串联输出,从而在输出端得到输入电压U两倍的直流电压.
倍压整流电路中,电容的电容量选择过大,会造成电容充电时间增加.而在压电材料振动的四分之一个周期内,如果电容中的电压达不到一定值,会造成二极管无法导通.通过桥式整流电路和倍压整流电路的输出功率模拟比较,可以得到两种电路的负载最大输出功率大约相等,但倍压电路适合负载比较大的结论[4].此外,在倍压整流电路中,每个二级管承受的最大反向电压是U,远大于桥式整流电路中对二极管要求的反向电压值.
综上分析可知,桥式整流电路相对于倍压整流电路来说,结构更加简单,对二极管的性能要求较低,适用性更广.
3.储能元件的选择
将电容作为储能元件,容量大损耗小是选择所须达到的首要目标.由于电解电容的容量有限,不能满足用电设备的使用.这里我们选用超级电容作为压电振子的短期储能元件.相比于电解电容,超级电容[5]具有很多优势：①大容量,内阻小;②对电路要求不高;③使用寿命可达几十万次;④充电快,效率高.
目前压电发电的储能元件以可充电电池居多,其中锂电池最为常见.但压电振子产生的输出电压和电流都不稳定,所以还需要相应的 控制电路才能为充电电池充电.
综上分析可知,我们采用超级电容作为第一步的能量聚集,当超级电容充电至一定程度时再通过稳压电路对充电电池充电.
4.稳压电路设计
环境中的振动能以随机形式出现,压电发电装置产生的瞬时电压存在着突变,并且输出电压和电流都不稳定.这就需要把突变的电流电压转化为恒压恒流给充电电池充电.MAX1672芯片输入电压范围在1.8V到11V之间,输出电压初始设置值为3.3或5.0V,同时可以在1.25到5.55V之间进行调节.其内部含有线性稳压器,具有DC-DC变换器的功能.因此可以根据实际需要选择合适的 元件来设计以MAX1672芯片为核心的稳压电路.稳压电路如图所示.
器件主要包括电感、肖特基二极管、钽电容以及若干电阻.在输入端接入一个钽电容C1,起到减小输出波动并缓解负载剧烈变化的作用.为有效提高输出电流,另一个钽电容C2选用输出电阻较小的.一般情况下,选用电感量较大的电感L1,因为电流脉动和输出纹波随着电感量的增大而减小.另外为提高MAX1672的转换效率,应该选用饱和电流较大、直流电阻较小的电感,因为当电感接近饱和时损耗将会增大,而且直流电阻也是影响功率的损耗的因素之一.
5.结束语
在各个领域中,基于压电效应的各种压电发电装置都有着广阔的应用前景.本文从基于压电效应的电路分析进行了简单的阐述.在不久的将来,相信利用压电材料作为发电装置的应用也将带来新的商业前景.
参考文献：
[1]邓冠前,陶利民,陈仲生,基于压电陶瓷的自供电关键技术分析[J],自动测量和控制,2008,27（5）：67-69
[2]张福学,王丽坤,现代压电学[M].北京：科学出版社,2002
[3] QianJin,WENYingVoltage-doublerecti-fieranditsapplication.JournalofChangjiangVocationalUniversity.2002,19（1）：63-64
[4]潘家伟,基于压电效应的能量收集[硕士论文],2008：26-34
[5]王晓峰,孔祥华,刘国庆等,新型化学储能器件[J],电化学电容,化学世界,2001,42（2）：103-108
压电效应论文参考资料：
结论：基于压电效应电路分析为适合压电效应论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关压电效应论文开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
