刘久周 张凤玲 辛健强 王润 董永朋 屈强

摘要： 提出了一种基于同步开关电路的非线性宽频压电能量收集器，并利用高阶谐波平衡法对能量收集系统的频域响应、能量输出功率及其影响因素等内容展开了理论研究，同时利用Hill法对系统的稳定性进行了分析。研究结果表明在基于同步开关电路的能量收集系统中引入副梁，可以大大拓宽能量收集系统工作频带;适当减小同步开关电路的电容比，虽然会降低能量收集系统在共振峰附近的能量收集能力，但可以拓宽系统的工作带宽;能量收集系统的工作带宽随副梁与质量块间初始间隙的减小以及副梁刚度的增大而拓宽，可根据振动能量源频率带宽及能量的频域分布规律，对系统关键参数进行匹配设计，以获得更好的能量收集效果。

关键词： 振动能量收集; 非线性; 同步开关电路; 高阶谐波平衡法; 动力学特性

中图分类号： TN712+.5; O322    文献标志码： A    文章编号： 1004-4523（2021）03-0567-10

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2021.03.014

引  言

压电能量收集系统以压电材料作为媒介，将系统中结构振动的机械能转化为电能，进而通过外接能量收集电路将产生的电能收集起来。收集的能量可以为系统内的电子元件供能，降低系统对电源的需求，因此压电能量收集系统在机械、电子等领域具有广阔的应用前景，受到了研究人员的广泛关注[1]。

早期的被动线性压电能量收集系统，存在能量收集效率低、工作带宽较窄、对振动环境变化敏感等缺陷[2?3]。针对被动线性压电能量收集系統的缺陷，近年来以同步开关电路为代表的半主动能量收集电路成为研究人员关注的热点。……