使用全桥标准能量收集（SEH）整流电路是将物理运动转化为智能鞋可用电力的基本步骤。
鞋内的压电元件在行走时受到机械应力会产生交流电（AC），但系统的电池和电子设备依赖于直流电（DC）。SEH整流器充当桥梁，将这种原始的、波动的交流信号转换为可存储和利用的稳定直流电压。
全桥整流器通过确保整个交流波形都被转换为直流电，从而最大化每次脚部撞击的利用率。这种配置对于稳定电力和实现多个传感器的并行集成以提高总能量捕获至关重要。
核心转换挑战
处理原始压电输出
当用户行走或跑步时，嵌入鞋内的压电元件会受到机械应力。这种物理变形会产生极性波动的交流电压输出。
满足电池要求
智能鞋内的储能元件——通常是电容器或可充电电池——无法接受原始的交流信号。它们严格要求单向的直流输入才能有效充电。
单向导电的作用
整流电路利用二极管强制实现单向导电。这确保电流流入储能设备，但不能流出，从而有效地捕获收集到的能量。
最大化系统效率
捕获完整波形
与可能丢弃信号一半的简单整流方法不同，全桥配置处理整个交流周期。这确保了脚部撞击产生的正负波动都对收集的总功率有所贡献。
集成多个收集器
智能鞋通常采用多个压电传感器来收集鞋底不同部分的能量。通过并行配置多个SEH整流电路，系统可以有效地集成这些不同的输出。
稳定充电基数
这种并行配置可以防止传感器之间相互干扰。它将能量贡献相加，为系统的电源提供稳定且最大化的充电基数。
理解权衡
管理电压降
虽然全桥整流器在捕获完整波形方面效率很高，但二极管会引入小的电压降。在超低功耗的收集场景中，即使损失一小部分电压也需要仔细选择元件。
复杂性与产出
使用全桥拓扑比半波整流器需要更多的组件。然而，在能量收集的背景下，每一微瓦都很重要，增加的捕获效率通常 outweighs 电路占地面积的微小增加。
为您的设计做出正确选择
设计可穿戴设备的能量管理系统需要平衡收集效率与电路复杂性。
- 如果您的主要重点是最大化总功率输出：实施并联SEH整流器，以聚合来自多个压电区域的能量，而不会发生信号冲突。
- 如果您的主要重点是系统稳定性：依靠全桥拓扑将脚部撞击产生的混乱交流尖峰转换为存储介质的稳定直流基线。
全桥SEH整流器是将行走时的混乱力学转化为可靠电源的行业标准解决方案。
总结表：
| 特征 | SEH全桥整流器优势 |
|---|---|
| 转换类型 | AC转DC（交流转直流） |
| 波形利用 | 全波捕获（最大化每次脚部撞击） |
| 能量存储 | 实现电池和电容器的稳定充电 |
| 系统可扩展性 | 支持多个传感器的并行集成 |
| 电源稳定性 | 为可穿戴设备提供稳定的直流基线 |
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参考文献
- Niharika Gogoi, Georg Fischer. Choice of Piezoelectric Element over Accelerometer for an Energy-Autonomous Shoe-Based System. DOI: 10.3390/s24082549
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
