压电点火器应用于无线控制器的可行性研究
【摘 要】本工作研究了普通压电打火机中的压电点火器发电特性，以调查其产生的电能能否满足无线控制器对电能的需求。研究发现压电打火器能够产生高达数千伏的高压脉冲，于是通过接入变压器和整流桥的方法来对高压脉冲进行降压和整流。研究还发现，接入负载的阻值对压电点火器的输出功率有急剧影响，当阻值为0.82kΩ时输出功率达到极大值10.26mW ，接近满足无限控制器的电能需求。
【关键词】压电点火器；无线控制器；无线无源；发电特性
0 引言
随着越来越的智能设备进入我们的工作和生活，如何简便地对这些智能设备进行无线控制就成为了一个重要的研究课题。传统上各种无线控制器使用电池来供电，这就带来了一些不可忽视的问题。首先，这些电池的使用寿命有限，需要定期更换，从而产生了维护的负担；其次，大量的无线控制器将消耗数量庞大的电池，这些电池的生产不仅消耗巨量的资源，而且废弃时对环境形成严重的负担。
另一方面，人体携带有大量的各种形式的能量，若通过适当方法把这些能量转换为电能并提供给无线控制器，则可使这些控制器摆脱电池供电的束缚[1-2]。人体活动所产生的机械能是其携带的主要能量之一，一些科技工作者和工程师已经采用了一些技术来实现这种机械能向电能的转换，其中利用压电现象来发电的方法，由于器件的构造相对简单等特点而受到了较多的关注[3-5]。考虑到压电点火器是一种广泛使用并且成本低廉的成熟产品，本研究选择这种电子元件来研究其发电特性，并探讨其用于向无线控制器供电的可能性。
1 实验设计
本研究工作选用市场上常见的售价为1元的压电打火机，取出其中的压电点火器。如图1所示，点火器长度为35毫米，其一端为按钮，另一端为压电陶瓷打火瓷柱，瓷柱直径为7毫米。点火器中的压电陶瓷是一种功能陶瓷材料，当受到外界压力时材料将产生轻微变形，由于压电现象使得材料的两个电极表面上会产生大量的正负电荷。如果把这些正负电荷通过两根相距很近的针状金属瞬间放出，就会产生火花，从而能够点燃打火机喷气口喷出的气体。
当按压压电点火器的按键时，按键下面的撞击头会快速撞击压电陶瓷瓷柱，从而能够产生高达上千伏的瞬间电脉冲。对于无线控制器，其电源的电压往往是10V 以下的直流电压，因此对于压电点火器释放的电能需要进行降压和整流。如图2所示，为本研究设计的降压和整流电路，分别引入了降压器T 和整流桥D 。另外，为了定量测定压电点火器释放出的电能多少，电路中还接入负载R ，并研究不同负载的大小对输出电能大小的影响。