压电能量收集接口电路示意图

Han等设计了一个高效的能量收集电路，该电路包括两部分：整流电路和DC/DC变换电路，即包含接口电路1、2的两级电路；理论分析与实验表明，此能量收集电路比标准电路的收集效率提高了400%[13]。

Ottman和Lesieutre等研究了基于降压电压转换的振动能量收集电路(包含接口1、2)，电路收集效率随着振动幅值的变化而变化，当振动幅值很大时，降压转换电路的最佳占空比保持恒定，大大简化了转换电路的控制回路。能量自给的降压接口电路的回收功率是标准接口电路回收功率的325%[14]。

Lefeuvre等研究了基于降-升压电压转换器的能量收集电路(包含接口电路1、2)，转换器的控制电路可以跟踪电路的最佳工作点。实验发现，该收集电路的功耗相当低，可对4.8 V的充电电池进行高效充电，输入电压在1.6~5.5V间时效率可达84%，此时输出功率在200μW和 1.5mW之间[15]。

以上能量收集接口电路都是基于接口电路1、2两级电路的优化。Lallart等对接口1、2和3电路进行了优化，设计出一种双同步开关能量回收(DSSH)接口电路，如图1-5所示；理论分析与实验表明，DSSH电路输出功率与后续负载无关，其回收效率恒定，比标准电路提高了500%[16]。同样，Lefeuvere等也研究基于三个接口电路的Ericsson能量收集电路[17]。

双同步开关收集电路

3  振动能量收集的应用

振动能量的收集技术日趋成熟，其应用也逐渐展开。如荷兰鹿特丹开设了全世界第一家通过跳舞产生的振动来发电的迪厅，其用电消耗的三分之一是由此项发明产生的。日本的音力发电公司发明了“发电地板”，当行人从上面踩过时可以为灯饰供电，平均每个人从45cm2的地板上走过两次就可以产生0.5WS的能量。

廖海洋等将PZT5压电材料贴于轮胎内底面,将轮胎运行的机械能转换为电能，其结构如图1-6所示，汽车行进过程中轮胎的运动频率相对稳定，且其负重大可转换能量高，经实验验证,压电轮胎换能器的输出功率平均为150-350μW,瞬时输出功率约为50mW[18]。文献综述

 压电轮胎换能器

人体本身也包含着大量的振动能，Feenstra等设计了“悬挂式负重”的背包，利用背包者与背包间的压力差来发电；背包上的机械放大装置将背包上微弱的压力转化为压电片上较大的压力，该装置可替代笨重电源为野外工作者提供方便[19]。

而振动能应用最广泛的还是在MEMS功能方面。Dongna等制备了尺寸为微米级,用于为MEMS供电的压电悬臂梁[20]。

杜小振等研究了硅基压电悬臂梁结构微型发电装置的制备与输出性能，对比了金属弹性材料作为基板的压电发电装置与硅基发电装置的发电性能；金属基板的压电发电装置在固有频率100Hz振动时,输出电压达10V以上,对纯电阻耗能元件的输出功率可达100μW；硅基发电装置在1000Hz频率振动时输出电压可达0.015V；输出电能有望为微型传感器节点供电[21]。