機電開關是將機械能轉換為電能的裝置，它由發電線圈，磁性材料和機械轉動三部分構成，根據電磁感應發電原理，機電開關下壓和回彈動作切割磁力線會產生電能，能量收集電路就是將這些電能儲存在輸入電容上，通過電源穩壓電路，輸出一個穩定的直流電壓給負載供電。

機電能量收集技術的典型應用是無線動能門鈴市場，無線動能門鈴包括發射端和接收端兩部分，發射端的機電開關內置發電線圈，利用電磁感應原理，把動能轉化為電能，為電源穩壓電路和無線發射芯片供電，通過天線發射無線指令信號，接收端收到無線信號后，發出鈴響。

由于機電開關下壓和回彈的動作，使得切割磁感線的方向不同，從而會產生極性不同的單脈沖電壓，為了提高能量收集效率，所以需要一個橋式整流電路，先將機電開關下壓所產生的能量儲存在電容上，等機電開關回彈時，將回彈產生的能量和原來下壓存儲的能量合并，然后再轉換為合適的輸出電壓給無線發射芯片供電。具體電路如下圖所示：

電路工作原理和流程如下：

整流電路由四個肖特基二極管D1~D4組成，其中D1,D2組成一路半波整流電路，將機電開關下壓產生的能量存儲再輸入濾波電容C_down里面，得到直流電壓vdd_down。D3,D4組成另一路半波整流電路，將機電開關彈起產生的能量存儲再輸入濾波電容C_up里面，得到直流電壓vdd_up。每一路整流輸出都包含一個輸入過壓保護電路，防止過高的輸入電壓損壞內部電路。

如圖所示，vdd_up的電源電壓檢測電路由一個遲滯比較器構成，當vdd_up電壓大于比較器閾值電壓時，電壓檢測電路輸出en="1" ，使能電源穩壓電路(LDO或者BUCK)，輸出一個合適的電壓vcc給無線發射芯片供電。當vdd_up電壓小于比較器閾值電壓時，電壓檢測電路輸出en="0", 休眠電源穩壓電路，輸出電壓vcc會逐漸下降到0 。

兩路能量合并的邏輯關系如下：

當機電開關下壓，產生的能量由D1,D2整流對濾波電容C_down充電，vdd_down電壓逐漸升高，而vdd_up沒有電壓，那么電源檢測電壓電路的輸出en=0,電源穩壓電路不使能，輸出電壓vcc=0, vcc 控制NMOS管NM2的柵極，那么NM2的漏極輸出高電平，經過緩沖驅動器連接到合并開關PM的柵極，因為PMOS管PM的柵極和源極都為高電平vdd_down, 此時PM管斷開，從而保證機電開關下壓所產生的能量全部存儲再電容C_down里面。

當機電開關回彈，產生的能量由D3,D4整流對濾波電容C_up充電，vdd_up電壓逐漸升高，當vdd_up電壓大于比較器閾值電壓時，使能電源穩壓電路，輸出電壓vcc為高電平，經過由NMOS管NM2和R構成的電平轉換反相器，NM2的漏極輸出低電平，經過緩沖驅動器驅動低電平輸出到合并開關PM的柵極，此時PM閉合，PM的源極和漏極導通。此時，存儲在C_down中的能量與存儲在C_up的能量通過開關PM的導通合并，能量合并后再由電源穩壓電路輸出vcc,給無線發射芯片供電。

審核編輯：湯梓紅