摘要：为了给无线传感器网络节点提供稳定、高效且长期的能量供给,该文提出了一种基于增强型同步电荷提取电路的压电能量收集接口电路(ESECE)。利用Multisim电路仿真软件对增强型同步电荷提取电路进行仿真,并与标准压电能量收集接口电路(SHE)和同步电荷提取电路(SECE)进行对比分析。实验结果表明,在相同激励条件下,ESECE比SECE的输出功率提高了近30%,最大输出功率达到190μW,同时还保证了输出功率与负载电阻的无关性。

摘要：针对以电池为能量供给的传感设备必然存在因电池寿命的限制或自身电能的逐渐耗尽而造成的失效问题,提出了一种具有自适应电感共享策略的压电振动能量收集电路,通过将环境中的机械振动能量最大化地转换为电能并供给传感设备使用,可实现传感设备的无电池自获能供电,并大幅延长传感设备的使用寿命。该能量收集电路在原有并联电感的同步开关收集电路结构和buck-boost功率级拓扑的阻抗匹配变换器结构基础上,通过建立“先到先得”的自适应电感共享策略,避免了仲裁器的使用,大幅简化了电路设计,并实现了仅需单一电感的压电振动能量收集系统,提升了系统的集成度。此外,对电感共享造成的竞争给出了详细分析,并在此基础上进一步优化了整体电路,实现了最大功率点追踪算法。采用标准180 nm CMOS工艺,完成了压电能量收集电路的设计工作。仿真结果表明:bias-flip整流器在2 V和3 V开路电压激励下,输出功率分别达到了55.01μW和111.59μW,较传统全桥整流器,分别实现了6.40倍和4.48倍的输出功率提升;引入电感共享策略后,变换器的最大输出功率可达110.04μW,相比于非电感共享策略,电感共享策略下变换器峰值输出功率提升了7.9%,峰值功率转换效率达到了91%。所设计的自获能压电能量收集系统有望解决现有传感设备的供电问题。

摘要：针对并联电感同步开关(SSHI)压电能量收集电路在实际中不易实现,需要外接电源等问题,在通过ANSYS的谐响应分析和静态分析求解出压电能量收集器自由电容的基础上,设计一种由能量收集部分、同步开关控制电压生成部分和直流供电部分组成的自供电式SSHI电路:采用二阶R-C移向电路,过零比较器和异或门电路产生的输出电压来控制双向开关适时闭合,运用全桥整流(AC-DC)能量收集电路为所用的低功耗电子器件供电。通过实验成功实现了SSHI压电能量收集电路的功能,有效地提高了能量收集效率,为SSHI能量收集电路在实际中的应用提供一种新的、易于实现的方法。

摘要：为了促进道路压电能量收集技术的研究及推广,对压电道路技术途径及其发展方向进行了分析总结,从能量收集效率的角度对比了交通荷载作用下沥青和水泥路面不同的力学响应,对不同压电陶瓷以及换能器结构的能量转换性能进行对比分析;并从压电材料、换能器结构、铺设模式、电处理系统设计及压电换能模式拓展5个方面提出了对未来研究方向的展望。研究结果表明:PZT-5H是较为适宜的道路压电材料;桥型换能器在与交通荷载作用的耦合性及能量转换效率方面较其他传统结构更优。

摘要：针对可穿戴设备电源的供电及续航问题,采用了筒壳结构的压电能量收集器。探究了可穿戴筒壳结构压电能量收集器俘能的本质,并提出结构优化设计方案。首先指出筒壳结构的承载能力和初始能量与厚度成正比,且随着跨度的增大而减小;其次通过有限元仿真研究了基底和聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜尺寸与应力、应变的关系,指出PVDF的尺寸应尽可能与应力、应变较大的区域相符合,没必要完全覆盖基底,并给出优化模型;最后通过实验验证了厚度、跨度和曲率半径优化尺寸的合理性,综合考虑了人体穿戴的舒适度。优化设计方案中,筒壳结构的厚为125~150μm,跨度为19~22.2 mm,曲率半径为10~15 mm,输出电压可达13~18 V。

摘要：随着物联网(IoT)的发展,无线自供电传感是实现感知机体状态和飞行环境的重要技术手段。机体振动具有分布范围广,激励频率高和频域宽等特点,单一压电能量收集器难以有效俘获能量。针对上述问题,研制了一套基于阵列型压电能量收集器的自供电传感系统。该系统由阵列型压电能量收集器、电源管理电路、传感节点、低功耗蓝牙及微控制器组成。压电能量收集器采用压电厚膜方案,在谐振频率693 Hz,2 g下最高平均输出功率密度为4 mW·cm^(-3)·g^(-2)。电源管理电路采用改进的整流器设计和欠压锁定电路(UVLO)实现高效能量传输与能量释放,充电速度是普通整流器的1.3倍,最大输出功率达到1.32 mW,结合微处理器进行时序控制可达到动态平衡,实现了固定间隔时间持续的数据读取和发送。

摘要：针对履带起重机稳钩控制系统中无线传感节点的自供能需求,提出一种基于低延迟改进型自供能并联电感同步开关(ISP-SSHI)的高效能量收集电路。对自供能并联同步开关电感收集电路的开关响应开展了理论模型研究,分析了整流电路开关延迟(SD)对能量收集效率的影响规律,并改进设计了基于ISP-SSHI电路的无线传感节点,研制了实验节点装置并进行了工程对比实验。结果表明,改进后电路与自供能并联电感同步开关(SP-SSHI)电路相比输出功率提高了15.5%,与标准能量收集电路(SEH)相比输出功率提高了121.8%,满足工程机械装备的需求。

摘要：为了提高压电能量收集器的工作频带宽度、降低其固有频率并提高收集效率,设计了一种多质量块宽频压电能量收集器。建立多质量块压电悬臂梁的理论模型,分析质量块位置对输出功率的影响;有限元分析质量块数量对输出电压和固有频率的影响;搭建试验台,对多质量块宽频压电能量收集器进行测试。实验测得:随着悬臂梁自由端质量块数量的增加其一阶固有频率由62 Hz降至28 Hz,工作频带宽度增加39.3%,输出功率由17mW增加至31mW,且整流后得到的功率是桥式整流电路的1.31倍。实验结果表明,随着质量块数量的增加,压电悬臂梁的一阶固有频率降低,频宽增大,输出功率增加,且新的能量收集电路的转换效率比桥式整流电路高。

摘要：综述了压电能量收集技术的国内外发展现状,从压电材料、机械结构和电路设计等方面的研究动态和进展进行了分类和阐述。重点分析了压电能量收集装置机械结构的优化方法,并对基于上变频转换法、多模态法、频率调谐法、多方向振动能量收集法和非线性法等不同种类机械结构优化方法的能量收集器的优缺点进行了对比。此外,还分析了数字开关控制电路和芯片集成控制电路在电路设计方面的优化方案。最后,结合目前压电能量收集技术存在的问题,在压电材料性能的提升、能量收集器机械结构的优化、能量收集器电路结构的优化以及混合能量高效收集等四个方面的技术创新点的基础上,对压电能量收集技术未来的发展趋势和发展重点进行了展望。

摘要：文章根据并联同步开关电感收集(parallel synchronized switch harvesting on inductor,P-SSHI)技术,提出一种自供电的压电能量收集系统,实现了在低激励环境下的系统启动和电压输出功能,并基于压电材料分离电极理论设计冷启动电路。该系统采用带有有源二极管的P-SSHI整流电路代替传统的整流结构,以减少整流过程的能量损耗,能够在动态范围内调节输出电压,实现多输出负载的功能。基于0.18μm CMOS工艺仿真结果表明,该系统的电压翻转效率达到85%,输出功率是采用传统整流电路的5.8倍,同时能够产生1.2、1.8 V 2种电压,用于不同负载供电。该自供电能量收集系统可用于解决物联网无线传感器网络节点的自供电问题。