用于鞋底的系统、运行该系统的方法、鞋底和鞋

技术领域

本发明涉及用于鞋底的系统，该系统具有至少一个用于产生电能的压电式元件。

背景技术

运动是日常生活的一个不可或缺部分。例如，人们跑步以提高身体素质和减轻压力。为此，已知有各种数字方法来获取运动员的数据，例如步数、行进距离、节奏、步幅、速度等。从这个角度看，存在许多系统用于在训练期间或之后监测运动员的运动情况，优选地通过使用在此人或其运动服饰(例如鞋)上的集成传感器，例如GPS传感器和/或移动传感器。在训练期间或之后，测量的参数可以传输至监控设备，例如智能手机。此外，运动服装或运动用品(例如运动鞋)还可以包括其他电子设备，如照明、驱动器供电、温度调节、安全特征、属性调整等。

这些传感器和电子设备通常需要电池等能源。当能源用尽需要更换时，重要数据可能会丢失或者相应设备不再工作。

其他传感器或电子设备的一个例子涉及在运动进行期间产生或收集电能的压电式元件，其中电能可以存储或用于各个传感器和整个系统的运行。

申请人在EP3235395A1中公开了具有至少一个模块的用于鞋底的系统，其中该模块包括至少一个压电式元件，压电式元件用于在至少一个压电元件机械变形时产生电信号。该电信号被用作获得鞋底的至少一个移动参数的信号。该系统还包括至少一个第一储能器和一个第二储能器，其中至少第一储能器和第二储能器用于存储从电信号获得的电能，并且仅在第一储能器达到第一能量阈值后才加载第二储能器。

更多现有技术已在US2013/0028368A1，US2014/0088917A1以及Ishida等人发表的“Insole Pedometer With Piezoelectric Energy Harvester and 2V OrganicCircuits”(具有压电储能器和2V有机电路的内底压力计)中公开。

然而，现有技术的一个共同缺点是，已知的系统依赖于与鞋的特定机械变形相对应的预先存储的输入电压。例如，两名体重不同的运动员在不同的表面上以不同的速度跑步，会向压电式元件产生不同的输入电压，因此系统可能无法工作或效率低下。

因此，本发明的目的是克服现有技术的上述缺点，并提供具有压电式元件的改良鞋底，以收集电能。

发明内容

这一目标是通过本申请的系统、方法、鞋底和鞋实现的。本说明书中包含了有利的实施例。

在一个实施例中，用于鞋底的系统包括：(a)至少一个压电元件，其用于在至少一个压电元件机械变形时产生电信号，(b)至少一个第一储能器和至少一个第二储能器，其中至少一个第一储能器和至少一个第二储能器用于存储从电信号获得的电能，以及(c)至少一个转换器单元，其用于在至少一个第一储能器和至少一个第二储能器之间选择性控制电能的量的传输。

尽管现有技术中的系统受限于鞋底中压电式元件的特定输入电压，但本发明遵循改进的方法，提供至少一个使用电功率转换效应的转换器单元。该过程涉及电能从一种形式到另一种形式的转换(或转化)，例如电压的变化。为此，至少一个转换器单元允许选择性地控制施加到第一储能器(例如电容器)的电压的改变，使得压电元件机械变形时产生的不同电能量能够传输到第二储能器。通过这种方式，可以提供一种改进的系统，该系统能够适应来自压电元件的不同输入电压以及其部件(例如传感器或电子设备)消耗的电能。因此，通过电压的自适应传输，整个系统可以更有效地运行。

应当注意，本申请中使用的术语“电压”、“能”、“功率”、“电荷”和“电流”可以通过以下关于电路中电容、电能和功率的已知公式联系起来：C＝Q/V，其中C是电容，Q是电荷，V是电压；W＝0.5*C*V

此外，本申请中使用的术语“压电(piezo)”和“压电式(piezoelectric)”可以互换。这同样适用于术语“电/电子(electric)”和“电气(electrical)”。此外，应当注意，通过至少一个转换器单元控制电能的量的传输是以选择性方式进行的，其遵循一种具有一定周期性的规则(或可计算)模式。通过人工对至少一个转换器单元进行的简单(不规则)的开关切换不应当适用于根据本发明中的选择性控制。

至少一个转换器单元可以用于选择性控制电能的量的传输，其至少部分地基于切换频率。切换频率可以对应于至少一个转换器单元的充电状态和放电状态之间的切换。通过这种方式，发明人发现，可以优化转换器单元的选择性控制，因为利用转换器单元的充电状态和放电状态之间具有一定的切换频率的振荡，允许精确控制要传输的电荷的量(从而控制电能的量)。例如，在较高的切换频率下，由于充电状态发生得更加频繁，因此相同的时间内可以传输更多电荷。

切换频率可以至少部分地基于至少一个压电元件的电信号和/或系统使用的总功率。本实施例进一步实现了对两个储能器之间电能传输的更好控制。因此，可以在不同输入电压和系统所需功率之间提供更好的适应性。在一个示例中，如果使用两个电容器作为第一储能器和第二储能器，各个电容器的容量可以如下所示：第一电容器可以具有15至30μF范围内的容量，第二电容器可以具有100至150μF范围内的容量，以便能够确定系统运行部件所需的最佳电能量。

该系统还可以包括用于计算切换频率的控制单元。例如，该控制单元可以是微控制器、可编程逻辑电路或集成电路，或作为系统一部分的其他合适电气部件，该控制单元可允许根据压电元件产生的输入电压和系统使用的功率来计算或确定最佳切换频率。或者，也可以使用其他远程传输控制器(例如，低能耗蓝牙(Bluetooth Low Energy，BTLE)、蓝牙(Bluetooth)、智能蓝牙(Bluetooth Smart)、红外数据传输(IrDA)、近场通信(Near FieldCommunication，NFC)、蜂窝网络(cellular network)、紫蜂通信(ZigBee)、无线网络通信(Wifi)，或者使用合适标准的其他控制器)，并且可允许根据压电元件产生的输入电压和系统使用的功率来计算最佳切换频率。

充电状态的持续时间的范围可以为20至180ns、优选为50至150ns、更优选为80至120ns、最优选为大约100ns，或者200至400ns、优选为250至350ns、更优选为275至325ns，或者225至275ns、最优选为大约300ns。该持续时间可视为至少一个转换器单元在充电状态期间充电时间的脉冲持续时间。结合切换频率(对应于这些脉冲的数量)，可以确定要传输的总电能量。研究发现，这些持续时间的数值在充电状态下要传输的足够的电能量与整个系统的可靠运行之间提供了合理的折衷。在此处以及下文中，术语“大约”是指本发明技术领域中的典型测量公差。

至少一个转换器单元可以有激活模式和非激活模式，其中，激活模式和非激活模式之间的转换可以至少部分地基于在至少一个第一储能器处测量的电能的下限阈值和/或上限阈值，并且其中，至少一个转换器单元的选择性控制只能在激活模式中提供。通过这种方式，可以避免转换器单元的不必要能耗。当储能器中提供足够的电能水平，并且能够传输和存储压电元件提供的多余能量时，转换器单元才可以启动选择性控制。

至少一个转换器单元可以是反激式转换器，其具有与至少一个第一储能器连接的初级变压器侧和与至少一个第二储能器相连的次级变压器侧。在充电状态下，电能可以从至少一个第一储能器传输到至少一个转换器单元，并且，在放电状态下，电能可以从至少一个转换器单元传输到至少一个第二储能器。

反激式转换器可以用作直流(DC)转换的变压器，即DC/DC转换，其输入和任何输出之间具有电气隔离。为此，能够以安全可靠的方式提供电压的转换或改变。此外，该电气部件可以毫不费力地适用于所提及的切换频率及其计算。例如，当反激式转换器处于充电状态时，电能在该充电状态期间从第一储能器(例如输入电容器)加载到初级变压器侧。一旦反激式转换器切换至放电状态，电能就从反激式转换器的初级变压器侧传输至次级变压器侧，进而传输至第二储能器(例如输出电容器)。

至少一个转换器单元可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxidesemiconductor field-effect transistor，MOSFET)开关，MOSFET开关用于至少一个转换器单元在充电状态和放电状态之间的切换。该部件可以提供某些优点：在较低电压下运行时效率更高，没有栅极电流会引起高输入阻抗，从而产生高切换频率，并且其以较低功率运行，不消耗(draw)电流(或电荷)。

该系统还可以包括功率管理单元，功率管理单元用于生成控制信号，以使至少一个转换器单元在充电状态和放电状态之间切换。该部件能以可靠的方式控制或指示上述控制单元，以进一步控制转换器单元的切换。

该系统还可以包括至少一个第三储能器，第三储能器用于存储从电信号获得的电能，并且当来自至少一个压电元件的电信号下降至低于电能的压电阈值时，向至少一个第二储能器提供电能。

第三储能器的容量可以大于第一储能器和第二储能器，因此当运动员不得不暂停片刻，或甚至在活动结束后，数据可以从系统传输到外部和远程设备，例如智能手机、智能手表、平板电脑、个人电脑或其他设备。这是有利的，因为通过使用第一储能器可以确保系统准备所需的时间减少，避免了电能同时用于其他不必要方面(例如数据传输至远程设备、LED的运行等)的风险。因此，最好具有单独可控的储能器(例如，当来自至少一个压电元件的电信号下降至低于电能的压电阈值时)。第三电容器的类型可以是超级电容器、薄膜锂电池或类似元件。第三储能器中的泄漏电流应尽可能小，以将电荷保持几小时/几天。例如，这可以通过适当选择第一储能器和第二储能器来实现，例如电容器。例如，某些电容器的泄漏量可能低于其他电容器。在一个示例中，第三储能器也可以在制造过程中在工厂内充电。然而，替代性地或附加地，它也可以在使用期间充电。在一个示例中，仅在第二储能器已经达到阈值电压之后加载第三储能器。

该系统还可以包括至少一个调节器单元，其优选为结型场效应晶体管(junctionfield-effect transistor，JFET)调节器，调节器单元用于至少部分地基于电能的调节阈值在至少一个调节器单元的调节模式与非调节模式之间切换。此外，调节模式可以使至少一个第二储能器的保持在如下调节电压的范围内：1.0至4.0V之间，优选为1.5至3.5V之间，更优选为2.0至3.0V之间，或者2.0至5.5V之间，或者3.0至4.2V之间，使得电能在至少一个第一储能器中累积，和/或优选地，控制单元和功率管理单元在该调节电压范围内运行。通过这种方式，可以通过调节模式为整个系统提供更好的能源供应，以及提供对转换器单元的改进控制。此外，已经找到用于优化此模式的指示数值。特别地，JFET可能是有用的，因为其具有高输入阻抗，以小尺寸面积制造，电路中具有较少的噪声，具有低功耗，并且具有负的电阻温度系数，从而可以提供更高的温度稳定性。此外，JFET还有助于在空储能或完全关闭的情况下启动系统，因为功率管理单元没有电压，所以第二储能器可以由JFET充电，一旦功率管理单元被接通，JFET就可以被关闭，使得更高效的转换器单元可以接管并将能量从第一储能器传输到第二储能器。

该系统可以包括至少一个比较器单元，比较器单元用于测量电能的调节阈值。通过这种方式，提及的调节模式的更稳定运行可以由这种附加部件提供。

此外，该模块还可以包括至少一个用于转换电信号的整流器单元。来自压电式元件的电(电流)信号是由于不同的机械变形(例如，在压电式元件上施加和释放机械应变)而产生的交流电(AC)。整流器单元可以将交流电转换为直流电，以进一步提供给储能器。因此，整流器单元允许更好地使用由压电式元件上不同机械变形而产生的电流(以及因此产生的电能)。

该系统还可以包括以下部件中的至少一个：信号处理单元、第一比较器单元、第二比较器单位、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元或电池单元。此外，该系统可以包括以下设置中的至少一种：至少一个压电元件连接到信号处理单元；至少一个整流器单元连接在至少一个压电元件和至少一个第一储能器之间；至少一个第一储能器连接到至少一个调节器单元、至少一个转换器单元或功率管理单元中的至少一个；至少一个调节器单元连接在至少一个第一储能器和至少一个第二储能器之间，并连接到第二比较器单元；至少一个转换器单元连接到至少一个第一储能器、至少一个第二储能器或功率管理单元中的至少一个；至少一个第二储能器连接到至少一个第三储能器(优选地通过第一开关单元)、第一比较器单元或第二比较器单元中的至少一个；第一比较器单元与第一开关单元连接；至少一个第三储能器连接到电池单元(优选地通过第二开关单元)、控制单元(优选地通过第三开关单元)和功率管理单元中的至少一个；控制单元连接到功率管理单元；以及，功率管理单元连接到信号处理单元、第二开关单元或第三开关单元中的至少一个。所有这些实施例都遵循这样的思路：优化根据本发明的整个系统的能量存储和消耗。

该系统可以集成在鞋的内底、中底或外底的腔中。此处，系统的一个或多个部件可以集成在鞋或鞋底的不同部分中，这取决于运动员的一种或多种用途、环境或运动(例如，越野跑或踢足球)，从而实现系统的可靠运行。例如，跑步鞋的中底较厚，因此有更多的空间来集成该系统，而足球鞋没有中底，因此该系统(或其部分)必须集成到内底和/或外底中。

至少两个压电元件可以设置在鞋底的足跟区域和/或前足区域。在使用鞋及鞋底的过程中，鞋底的某些部分会分别发生更大的机械变形，例如鞋底的(垂直)挤压或鞋底的弯曲。例如，足跟区域和/或前足区域可能比中足区域承受更高的压力。此外，前足区域可能比鞋底的其他区域受到更大的弯曲力。通过这种方式，具有最高压力或最高弯曲力的区域可以取决于具体活动，例如，当穿戴者在进行需要长距离冲刺的足球运动或需要快速横向移动的篮球运动时会有所不同。因此，通过在鞋底的某些区域中放置多个压电元件并且考虑这些方面，可以获得整个系统的改进能量效率。

本发明的另一方面涉及一种鞋底，该鞋底包括根据本发明的系统的上述实施例之一。本发明的又一方面涉及一种鞋，特别是一种运动鞋，其包括这种鞋底。上述关于系统而提及的相同的优点也适用于此。

本发明的又一方面涉及运行上文提及的系统的方法，其中该方法包括以下步骤：(a)在至少一个压电元件发生机械变形时产生电信号，以及(b)在至少一个第一储能器和至少一个第二储能器之间选择性控制电能的量的传输。选择性控制的步骤可以包括：通过使用切换频率使至少一个转换器单元在充电状态和放电状态之间切换，其中在充电状态下，电能从至少一个第一储能器传输到至少一个转换器单元，并且在放电状态下，电能从至少一个转换器单元传输到至少一个第二储能器。该方法还可包括计算切换频率的步骤。该方法还可以包括使系统在激活模式和非激活模式之间和/或在调节模式和非调节模式之间切换的步骤。关于系统而提及的相同的优点也适用于此。

附图说明

下文将参考附图描述本发明的示例性实施例。

图1示出了根据本发明的用于鞋底的系统的示例性示意图；以及

图2A和图2B示出了根据本发明的用于鞋底的系统中转换器单元的电路及运行。

具体实施方式

下文详细描述了本发明的一些实施例，特别是关于用于鞋底的系统，该系统包括至少一个压电式元件及其他电子部件，例如储能器和至少一个转换器单元。然而，本发明的概念可以同样或类似地应用于鞋的其它部分(例如鞋面)，以从压电式元件的机械变形中产生并存储电能。此外，该概念还可以同样地或类似地应用于任何具有足够机械变形以供压电的运动装备或功能性运动服，诸如球类(例如用于足球、英式橄榄球、美式橄榄球、篮球、棒球等)，或者诸如衬衫、衣服、袜子、内衣，或者诸如网球拍、高尔夫球杆、棒球棒、羽毛球拍、板球拍、冰球棍、曲棍球棒、滑冰刀、雪橇附件、跳跃附件、具有轮子的附件、具有弹簧的附件、鳍状附件、允许悬停、飞行的附件、壁球拍、乒乓球拍、拳击手套、滑冰滑雪板、风筝等运动装备。

应当理解，这些示例性实施例能够以多种方式修改，并且只要兼容就可以彼此组合，而且某些特征可以省略，只要它们看起来是非必要的。

应当注意，本申请中使用的术语“电压”、“能”、“功率”、“电荷”和“电流”可以通过以下关于电路中电容、电能和功率的已知公式联系起来：C＝Q/V，其中C是电容，Q是电荷，V是电压；W＝0.5*C*V

此外，本申请中使用的术语“压电(piezo)”和“压电式(piezoelectric)”可以互换。这同样适用于术语“电/电子(electric)”和“电气(electrical)”。

图1示出了根据本发明的用于鞋底的系统100的示例性示意图，该鞋底包括压电元件105(例如压电发电机)。下文将更详细地描述系统100的运行。

初始状态下，系统100中没有电荷/电流/电压，没有电能存储，需要电能的单元(或电气部件)设置为关闭(OFF)。

如前所述，压电元件105(例如压电发电机)由于机械变形产生电信号或电流。注意，能够由机械应力产生电流的其它类型元件也可以用于实现本发明。

关于在压电元件105处产生的电流(或输入电压)的信息，由信号处理单元107获得，并且可以随后提供给功率管理单元110(例如控制逻辑)。

然后，来自压电元件105的电流被输送至整流器单元112，整流器单元112将压电元件105的交流电(AC)信号转换为直流电(DC)信号。

此外还指出，可以使用各种传感器与系统100连接。例如，加速度计、陀螺仪、磁力计、压力传感器和位置传感器中的任何一种或组合可以与系统100一起使用。在一个示例中，这些传感器可以由功率管理单元110控制，功率管理单元110用于控制系统100的剩余部分，并且传感器可以从本文描述的储能器获得运行它们所需的电能。因此，具有一个或多个传感器(例如，加速度计、陀螺仪、磁力计和/或位置传感器)的自持系统100可以通过其它类型的元件来实现(例如，电磁型元件，其包括具有永久磁化的主体，该主体配置为在线圈内移动，该移动通过对元件施加压力而产生)，其中，所产生的电能用作传感器信号并且用于系统100的运行能量。

第一储能器115(例如第一电容器)首先由电信号加载，并且第一电容器中的相应电压将升高(V＝Q/C)，其中C是电容，Q是电荷，V是电压。

电流随后流经调节器单元120。调节器单元120优选为结型场效应晶体管(JFET)调节器。在运行初期，调节器单元120处于非调节模式，以便电流直接流入第二储能器125(例如第二电容器)。

当第二储能器125中的电压超过某一电压电平时，第一比较器单元130控制第一开关单元135，以便电流被输送至第三储能器140(例如第三电容器)。同时，功率管理单元110通电并设置为打开(ON)。

第一比较器单元130的电压电平检测方法可以利用电阻桥，电阻桥与连接于电容器的载荷开关部件串联。也可以使用直接电压测量的方法。

第一储能器115、第二储能器125和第三储能器140可以是电容器、超级电容器、薄膜锂电池或其他类型的合适的储能器(例如任何电池)。当然，可以使用任何这些类型的各种组合。例如，第一储能器115可以是电容器，第二储能器125可以是薄膜锂电池。通过这种方式，可以最佳地利用各自类型储能器的不同特性和优势。例如，第一类型的储能器能快速充电，但不能将储存的能量保存更长时间。另一种储能器需要更长的充电时间，但能够将储存的能量保存更长的时间。

当第二储能器125中的电压超过由第二比较器单元147测量的电能的调节阈值时，调节器单元120切换至调节模式，使得第二储能器125和/或第三储能器140的能够保持在如下调节电压范围内：1.0至4.0V之间，优选为1.5至3.5V之间，更优选为2.0至3.0V之间。在该调节电压范围内，第一储能器115中的电压可能升高，电能可能积累(W＝0.5*C*V

一旦第一储能器115中的电压超过转换器上限阈值，转换器单元150(例如下文描述的反激式(flyback)转换器)将从非激活模式进入激活模式，以选择性控制第一储能器115和第二储能器125之间的电能的量的传输。

在激活模式下，转换器单元120通过如上文所说明的电能转换将电荷(或电能)从第一储能器115传输到第二储能器125。通过这种方式，可以根据惯例在第一储能器115和第二储能器125之间进行选择性控制。

这种电能传输以特定(转换)频率进行，从而使转换器单元120在充电状态与放电状态之间切换(如下文关于图2A和2B所说明的)。转换器单元150的这种切换可以被采用，以使得能够选择性控制要传输的电荷量(从而控制电能量)。在较高的切换频率下，由于充电状态发生得更加频繁，因此在激活模式期间，相同量的时间内可以传输更多电荷。

转换器单元150的激活或非激活模式基于来自压电元件105的第一储能器115的输入电压，即转换器上限阈值和转换器下限阈值。在一个示例中，功率管理单元110可以每隔200ms检查第一储能器115中的电压电平。根据具体特性，检查电压电平的其他时间间隔也可能适用，例如每隔50ms、100ms、300ms或500ms。

当处于激活模式时，功率管理单元110生成控制(开关)信号并将其发送至转换器单元150。该控制(开关)信号通过使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关(未示出)来管理转换器单元的充电和放电状态。其他基于FET的开关也是可以想象的。

当转换器单元150(例如反激式转换器)处于充电状态(例如MOSFET开关正在导通)时，电能从第一储能器115加载到反激式转换器150的初级变压器侧。充电状态的持续时间可以在功率管理单元110中定义(例如，其范围为20至180ns、优选为50至150ns、更优选为80至120ns、最优选为大约100ns，或者200至400ns、优选为250至350ns、更优选为275至325ns，或者225至275ns、最优选为大约300ns)。

一旦转换器单元150切换到放电状态(例如，MOSFET开关不导通)，电能从初级变压器侧传输至转换器单元150的次级变压器侧，然后传输到至第二储能器125。根据本申请，这些充电-放电切换可以在转换器单元150处于激活模式时被周期性地调度，并且可以被称为选择性控制。该调度的频率是所提及的切换频率，并且可以被功率管理单元110所采用，如上文所说明的。

当电荷(或电能)进入转换器单元150的初级变压器侧时，第一储能器115中的电压将下降。一旦第一储能器115中的电压降至转换器下限阈值以下，转换器单元150将进入非激活模式，功率管理单元110可停止所提及的控制信号切换。

其中指出，转换器单元150处于激活模式的持续时间可以被测量并且可以用于调整切换频率，其中最佳切换频率可以取决于压电元件105中产生的电荷和/或系统100消耗的总功率。通过这种方式，最佳切换频率可以通过控制单元155(例如微控制器)和/或功率管理单元110中的计算来确定。一旦确定，该切换频率可用于功率管理单元110，以切换转换器单元150的充电状态和放电状态。因此，转换器单元150可以在最佳模式下运行。

一旦某些电压电平足够，功率管理单元110可以引发至少一个以下情况：第二开关单元160和/或第三开关单元170接通，超级电容存储单元165和/或控制单元155启动。

如果来自压电元件105的电信号太小或停止，则第二储能器125和/或第三储能器140可以由超级电容存储单元165(或电池单元)供电。

此外，来自第三储能器140的电能也可以用于其他目的，如系统100的快速启动。通过这种方式，系统100可以基于自收集能量进行自我管理。然而，系统100可以设计为具有非常低的功耗。

上文提及的储能器可以是电容器、超级电容器、薄膜锂电池或其他合适类型储能器(例如任何电池)中的一个或多个，这些储能器具有较低的功率泄露和小的尺寸。控制单元155的固件可以设计为不使用时处于休眠模式。这允许更低的功耗和更有效的能源利用。

图2A和图2B示出了根据本发明的用于鞋底的系统中转换器单元(例如图1所示的系统100中的转换器单元150)的电路及运行。

图2A示出了转换器单元的示例性电路图，其中转换器单元是一个处于激活模式的反激式转换器200，与图1中转换器单元150类似。下文将更详细地描述反激式转换器200在激活模式下的运行。

如提及的，作为变压器205的反激式转换器200可以用于直流转换(DC/DC转换)，其输入电压210与输出电压230之间存在电气隔离(galvanic isolation)，该输入电压210例如来自压电元件(未示出，但类似于压电元件105)。将输入电压210(及其相应的电能)施加到第一电容器215(类似于第一储能器115)，将输出电压230(及其相应的电能)施加到第二电容器235(类似于第二储能器125)。

在激活模式下，功率管理单元(类似于功率管理单元110)生成控制(开关)信号240，并使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关247将其发送到反激式转换器200。如提及的，该控制(开关)信号240与MOSFET开关247一起可以管理反激式转换器200的充电状态和放电状态，以选择性控制第一电容器215和第二电容器235之间电能的量的传输。

当MOSFET开关247导通时，反激式转换器200处于充电状态。然后，电能从第一电容器215加载到反激式转换器200的初级变压器侧242。如前文所说明的，充电状态的持续时间可以在功率管理单元中定义(例如，其范围为20至180ns、优选为50至150ns、更优选为80至120ns、最优选为大约100ns，或者200至400ns、优选为250至350ns、更优选为275至325ns，或者225至275ns)。

当MOSFET开关247非导通时，反激式转换器200处于放电状态。然后，电能从反激式转换器200的初级变压器侧242传输到次级变压器侧245。

该电能通过整流器单元250(例如整流二极管)进一步传输至第二电容器235。反激式转换器200的充电状态与放电状态之间的转变(或切换)可以以提到的切换频率被周期性地调度，该切换频率由功率管理单元与MOSFET开关247的组合所施加。

图2B示出了反激式转换器200的不同模式及不同状态随时间的变化(从左到右)，并取决于输入电压210，其例如来自压电元件(未示出，但与压电元件105类似)。反激式转换器200的激活模式255或者非激活模式265基于第一电容器215处的两个特定输入电压210，即转换器下限阈值270(对于非激活模式265)和转换器上限阈值275(对于激活模式255)。

当第一电容器215中的输入电压210超过转换器上限阈值275时，反激式转换器200将进入激活模式255，如上文所说明的。

在此模式期间，反激式转换器200以切换频率280在充电状态285和放电状态290之间切换。

当处于充电状态285时，电能从第一电容器215加载到反激式转换器200的初级变压器侧242。当处于放电状态290时，电能从反激式转换器200的初级变压器侧242传输到次级变压器侧245。

充电状态285的持续时间可视为充电时间的脉冲持续时间。在图2B中，四个充电状态285期间具有四个不同的(能量或电荷)脉冲。在较高的切换频率280下，激活模式255中可出现更多的脉冲(或充电状态285)，以便能够在相同的时间内传输更多的总电荷(从而更高量的电能量)。

当第一电容器215中的输入电压210降至转换器下限阈值270以下时，反激式转换器200将进入非激活模式265，并停止充电状态285和放电状态290之间的切换。

一旦第一电容器215中的输入电压210再次超过转换器上限阈值275，反激式转换器200将回到激活模式255，充电状态285和放电状态290之间的切换将继续。