基于谐波平衡的三稳态压电振动能量采集器及其接口电路耦合动力学特性分析

摘要

压电振动能量采集器是解决低功耗电子产品无线自供电问题的关键器件,其与非线性接口电路之间的耦合动力学特性是影响采集器转换输出效率的关键因素,需深入研究解决。以非线性三稳态压电振动能量采集器及非线性AC-DC整流滤波接口转换电路为对象,建立非线性耦合动力学模型,基于谐波平衡方法求解系统稳态解及稳定性判别矩阵———雅可比矩阵。仿真分析了激励幅值、频率和耦合系数等参数对系统的影响机理。实验证明了仿真分析结果的正确性。研究结果表明选取适当的参数有利于提高系统的有效带宽和输出功率。在适度范围内增加耦合系数和负载电阻,可以增加系统的有效输出功率和有效频带宽度但过大时会抑制振动幅值和频带宽度,导致能量转换效率降低。