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图中Vp 为压电陶瓷片两端电压，VC1 和VC2 分别为电容C1 和C2两端电压。和传统的SSHI 电路一样，在每个周期内，伴随着振动位移的变化，电子开关会在电压Vp 达到最大值时或者最小值时闭合。

图6 SS-SSHI 电路电压变化曲线

由于我们采用的是互补拓扑结构，所以电路中的最大值检测和最小值检测是对称的。本文将重点讨论最大值检测原理(最小值检测与此类似)，结合电路工作的四个阶段，给出SS-SSHI 电路的工作特性。对于最大值检测，开关R1，D1 和C1 组成包络检测器，T1 作为比较器，而T3 作为电子开关。四个阶段的电压变化如图7 所示。

自然充电阶段：电路刚开始工作时，由于压电元件的电压是从0 开始增加的，所以要有一个自然充电阶段。自然充电时的电流走向如图8，电路导通部分为图中蓝线部分。在这个阶段只有两个包络检测器电路是导通的，而所有的三极管是断开的。正向的等效电流ieq给Cp ，C1 和C2 充电，这样Vp ，VC1和VC2也同时地增长。

图7 电压Vp 变化曲线

图8 自然充电

第一次电压翻转阶段：当Vp 达到它的最大值Vmax时，电容C1 两端的电压为Vmax -VD ，这里VD 为二极管上面的压降。接着，Vp 开始下降，当下降值达到VD +VBE，也就是Vp = V1( T1 时刻) 时，三极管T1 导通。电容C1 通过T1(ec) ，D3，T3(be) ，Crect，D8，Li 和r开始放电，结果使得T3 导通。由开关T3 导通产生的感应回路：D5，T3(ce) ，Crect，D8，Li 和r 使得Cp 两端迅速短路。Cp 开始从电压V1 通过感应回路迅速放电，直到Vp 达到其局部最小值(t2 时刻)。第一次电压翻转的电流走向如图9 所示，电路导通部分为图中粗实线部分。

图9 第一次电压翻转

第二次电压翻转阶段：通过Li 的电流开始翻转其方向，但是T3(ce) 这条回路由于D5 的电流翻转而立即阻塞。但由D7，Crect，T4(ce) 和D6 组成的回路还是可以导通的。因为即使T4 是断开的，在它的发射极和集电极总存在一个小的没有充电的寄生电容。翻转电流就通过这条回路，直到T4 的发射极—集电极电容CCE 充满电，此时( T3 时刻)，Vp 变为V3。Vp的局部最小值也就是V2 可能导致最小值开关的误判。因此R2 是必须的，以确保用来最小值检测的C2 的放电比Cp 慢， 这样可以跳过局部最小值。图10 显示了第二次电压翻转的电流走向，电路导通部分用加粗实线表示。第二次电压翻转在自感知的能量采集电路中起副作用，可以选择小的发射极—集电极电容CCE 可避免这种作用。然而，实际三极管中永远存在寄生电容。

图10 第二次电压翻转

电荷中和阶段：在t3 时刻后，T3 和T4 都断开了，但C2 仍旧没有结束放电，C2 上剩余的电荷将流入Cp 和C1 直到他们拥有相同的电压。这个电荷中和又导致Vp 在进入下半个周期即最小值检测之前增大了一点至V4。C2 实际放电是从t1 时刻开始的，但是为了便于分析，假设电荷中和阶段和其它3个阶段一样也是独立的，电荷中和阶段的电流走向如图11，电路导通部分用粗实线表示。

图11 电荷中和

最小值开关检测可由电路中剩余的对称部分完成，其原理和最大值检测类似。只是对于最小值检测，中间电压就分别变为-V1，-V2，-V3 和-V4。

关键词： 功率 开关控制