機(jī)電開關(guān)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，它由發(fā)電線圈，磁性材料和機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)三部分構(gòu)成，根據(jù)電磁感應(yīng)發(fā)電原理，機(jī)電開關(guān)下壓和回彈動(dòng)作切割磁力線會(huì)產(chǎn)生電能，能量收集電路就是將這些電能儲(chǔ)存在輸入電容上，通過電源穩(wěn)壓電路，輸出一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓給負(fù)載供電。

機(jī)電能量收集技術(shù)的典型應(yīng)用是無線動(dòng)能門鈴市場(chǎng)，無線動(dòng)能門鈴包括發(fā)射端和接收端兩部分，發(fā)射端的機(jī)電開關(guān)內(nèi)置發(fā)電線圈，利用電磁感應(yīng)原理，把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，為電源穩(wěn)壓電路和無線發(fā)射芯片供電，通過天線發(fā)射無線指令信號(hào)，接收端收到無線信號(hào)后，發(fā)出鈴響。

由于機(jī)電開關(guān)下壓和回彈的動(dòng)作，使得切割磁感線的方向不同，從而會(huì)產(chǎn)生極性不同的單脈沖電壓，為了提高能量收集效率，所以需要一個(gè)橋式整流電路，先將機(jī)電開關(guān)下壓所產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存在電容上，等機(jī)電開關(guān)回彈時(shí)，將回彈產(chǎn)生的能量和原來下壓存儲(chǔ)的能量合并，然后再轉(zhuǎn)換為合適的輸出電壓給無線發(fā)射芯片供電。具體電路如下圖所示：

電路工作原理和流程如下：

整流電路由四個(gè)肖特基二極管D1~D4組成，其中D1,D2組成一路半波整流電路，將機(jī)電開關(guān)下壓產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)再輸入濾波電容C_down里面，得到直流電壓vdd_down。D3,D4組成另一路半波整流電路，將機(jī)電開關(guān)彈起產(chǎn)生的能量存儲(chǔ)再輸入濾波電容C_up里面，得到直流電壓vdd_up。每一路整流輸出都包含一個(gè)輸入過壓保護(hù)電路，防止過高的輸入電壓損壞內(nèi)部電路。

如圖所示，vdd_up的電源電壓檢測(cè)電路由一個(gè)遲滯比較器構(gòu)成，當(dāng)vdd_up電壓大于比較器閾值電壓時(shí)，電壓檢測(cè)電路輸出en="1" ，使能電源穩(wěn)壓電路(LDO或者BUCK)，輸出一個(gè)合適的電壓vcc給無線發(fā)射芯片供電。當(dāng)vdd_up電壓小于比較器閾值電壓時(shí)，電壓檢測(cè)電路輸出en="0", 休眠電源穩(wěn)壓電路，輸出電壓vcc會(huì)逐漸下降到0 。

兩路能量合并的邏輯關(guān)系如下：

當(dāng)機(jī)電開關(guān)下壓，產(chǎn)生的能量由D1,D2整流對(duì)濾波電容C_down充電，vdd_down電壓逐漸升高，而vdd_up沒有電壓，那么電源檢測(cè)電壓電路的輸出en=0,電源穩(wěn)壓電路不使能，輸出電壓vcc=0, vcc 控制NMOS管NM2的柵極，那么NM2的漏極輸出高電平，經(jīng)過緩沖驅(qū)動(dòng)器連接到合并開關(guān)PM的柵極，因?yàn)镻MOS管PM的柵極和源極都為高電平vdd_down, 此時(shí)PM管斷開，從而保證機(jī)電開關(guān)下壓所產(chǎn)生的能量全部存儲(chǔ)再電容C_down里面。

當(dāng)機(jī)電開關(guān)回彈，產(chǎn)生的能量由D3,D4整流對(duì)濾波電容C_up充電，vdd_up電壓逐漸升高，當(dāng)vdd_up電壓大于比較器閾值電壓時(shí)，使能電源穩(wěn)壓電路，輸出電壓vcc為高電平，經(jīng)過由NMOS管NM2和R構(gòu)成的電平轉(zhuǎn)換反相器，NM2的漏極輸出低電平，經(jīng)過緩沖驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)低電平輸出到合并開關(guān)PM的柵極，此時(shí)PM閉合，PM的源極和漏極導(dǎo)通。此時(shí)，存儲(chǔ)在C_down中的能量與存儲(chǔ)在C_up的能量通過開關(guān)PM的導(dǎo)通合并，能量合并后再由電源穩(wěn)壓電路輸出vcc,給無線發(fā)射芯片供電。

審核編輯：湯梓紅