使用双参数可调同步开关功率调理电路提升压电俘能器发电效能、拓展发电频宽

【摘要】：如何提升(谐振频率附近的)发电效能以及如何拓展发电频宽是针对压电俘能器研究的两大关键科学问题。过往研究成果表明:功率调理电路的设计对前者具有重要作用,同步开关功率调理电路能提升发电效能数倍之多;而针对机械结构的多频响应、非线性等设计对后者功效显著。然而,随着更高效能功率调理电路的相继涌现,系统整体机电耦合强度提升,电气端对机械端的干预能力大大增强。该干预能力的增强意味着能够通过电气可调的方式更大程度地调控能量再生阻尼,实现阻抗匹配,提升俘能效能;除此以外,也意味着该系统具有更大的调控电致等效刚度或等效质量的能力,可以一定程度实现对系统频率特性的电气调节,在不改变机械结构的前提下,在线拓展发电频宽。本文基于被广泛研究的同步开关电感收集(SSHI)电路以及新近提出的具有更高发电效能的同步三次偏置翻转(S3BF)电路,在原电路整流电压可调的基础上,增加了同步开关相位的可调因素,实现幅值、相位双参数可调的SSHI和S3BF。基于等效阻抗的理论分析方法,本文进一步阐明了使用双参数可调SSHI和S3BF电路调节频率特性的机理以及有效作用范围,以期为拓展发电频宽带来更灵活的在线解决方案。