冷启动压电能量收集系统的研究与设计

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ltycongc2008
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近十年来,随着无线传感器网络的应用,压电振动能量收集技术在实现无线传感器节点供能方面引起了广泛的研究兴趣。为了充分利用收集到的能量,需要通过接口电路对能量进行校正和管理。在所有的接口电路中,同步开关电感收集电路(SSHI)因其具有能量收集效率高等优点而得到了广泛的应用。由于接口电路需要一个稳定的直流电源,并且整个系统在开始实施时或在一段时间后完全没有电荷且无输入振动激励,系统电路无法正常启动,因此整个系统无法正常工作。本文首先对压电能量收集技术进行了研究,同时介绍了四种典型的压电能量收集接口电路。基于并联同步开关电感收集电路能量收集方面的优越性,并针对该电路存在的冷启动问题,提出了一种具有冷启动功能的压电能量收集系统,它动态地提高了压电传感器在冷态下产生的开路电压,使系统在较低的激励水平下启动。同时,能将系统收集到的能量经过多输出负载电路处理对外部负载供电。其次,本文对所提出冷启动压电能量收集系统分为并联同步开关电感接口电路、电平移位器和SC DC-DC转换器、冷启动电路和多负载电路这几个模块依次进行介绍,并通过建模进一步介绍该系统的工作原理及整个工作过程。最后,基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,将所提出的系统在Cadence Spectre软件上进行搭建并进行了仿真实验。仿真结果表明,为了进行冷态启动,所提出系统将所需的励磁水平降低了至少50%,实验结果与理论分析吻合。
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