将压电换能器并联连接主要是为了提高电流。虽然单个压电元件在受压时会产生电压尖峰，但它产生的实际电流往往太弱而无法使用。将这些元件并联接线可以叠加它们各自的输出，产生足够强的组合电流来为电子设备供电或为电池充电。
核心要点 压电材料自然会产生高电压但电流非常低。通过将多个换能器并联连接，工程师可以累加每个单元的安培数，确保收集到的总能量足以驱动智能安全鞋中的电子设备。
能量收集的挑战
单个单元的局限性
单个压电换能器作为电压发生器效率很高，但作为电流源效率很低。当你踩到智能靴子时，单个元件可能会检测到冲击，但它无法维持工作所需的电子流动。
“弱电流”问题
大多数现代电子设备，如 GPS 追踪器或安全传感器，需要特定阈值的电流才能运行或充电。单个换能器通常达不到这个阈值。如果没有电路修改来解决这个问题，走路产生的能量就会被浪费。
并联连接的机制
电流叠加
并联连接的主要功能是在保持电压水平的同时，将每个组件的电流相加。当多个换能器以这种方式接线时，总电流输出是所有单独电流的总和。
创建可用的电源
这种输出的“叠加”改变了能量收集系统。它将几个微弱的信号转化为一个强大而稳定的电源。这种聚合确保系统满足有效驱动电路负载所需的强度要求。
优化电池充电
对于战术靴和安全鞋，最终目标通常是为高容量电池充电。电池需要稳定的电流输入才能进行化学储能。并联布置最大限度地增加了这种输入，从而优化了能量收集过程的整体效率。
理解权衡
电压与电流的优先级
需要注意的是，虽然并联连接可以提高电流，但它们不会增加总电压输出。电压保持与单个换能器的输出相同。如果应用需要更高的电压势来触发特定组件，并联配置将无法提供。
同步要求
为了使并联设置最有效，换能器最好同时经历机械应力。如果一个换能器被压缩而另一个处于闲置状态，闲置的换能器可以充当电容器，可能会吸收一些产生的电荷，而不是将其输送到负载。
为您的目标做出正确选择
在为可穿戴设备设计能量收集电路时，配置完全取决于负载的功率要求。
- 如果您的主要重点是为电池充电：使用并联连接以最大化化学储能所需的电流。
- 如果您的主要重点是信号检测：如果需要高电压灵敏度而不是原始功率输出，则单个连接或串联连接可能更可取。
并联设计仍然是鞋类能量收集的标准，因为它解决了压电技术的基本问题：将高压尖峰转化为可用的电流流。
摘要表：
| 连接特性 | 并联配置 | 对智能鞋的影响 |
|---|---|---|
| 电流（安培） | 所有换能器的总和（高） | 提供足够的电力来驱动传感器和 GPS。 |
| 电压 | 与单个单元相同 | 为电路负载保持稳定的电压水平。 |
| 主要目标 | 能量收集与充电 | 通过行走/冲击有效为电池充电。 |
| 最适合 | 大容量电池存储 | 非常适合配备高功率电子设备的高科技靴子。 |
| 主要优势 | 创建强大的电源 | 将微弱的信号转化为可用的电流流。 |
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参考文献
- K. Gokulraj, M. Abikumar. MICRO POWER GENERATION USING PIEZOELECTRIC TRANSDUCER IN FOOTWEAR. DOI: 10.29121/granthaalayah.v11.i4.2023.5154
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
