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基于P-SSHI接口电路的高效压电能量收集芯片设计 被引量:4
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作者 杨帆 唐祯安 +1 位作者 徐爱宝 蔡泓 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2016年第11期27-30,66,共5页
基于并联同步开关电感(P-SSHI)接口电路,设计了一种高效压电能量收集芯片。芯片包括P-SSHI电路、控制电路。芯片具有开关控制信号较少、控制电路结构简单、稳定性好的优点。输出端的设计能够有效抑制回流效应,提高了能量收集效率。基于... 基于并联同步开关电感(P-SSHI)接口电路,设计了一种高效压电能量收集芯片。芯片包括P-SSHI电路、控制电路。芯片具有开关控制信号较少、控制电路结构简单、稳定性好的优点。输出端的设计能够有效抑制回流效应,提高了能量收集效率。基于0.5μm CMOS工艺仿真结果显示:在相同激励下,该芯片收集的最大功率是传统AC-DC整流电路的10倍以上。 展开更多
关键词 压电振动 能量回收 P-sshi电路 仿真
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基于S-SSHI和SECE混合的压电阵列能量俘获电路设计
2
作者 熊佳铭 夏银水 +1 位作者 王修登 祁钰耀 《传感技术学报》 CAS 2024年第5期772-782,共11页
串联同步开关电感(Series Synchronous Switch Harvesting on Inductor,S-SSHI)电路输出功率高整流电压范围窄,而同步电荷提取(Synchronous Electric Charge Extraction,SECE)电路则输出功率低整流电压范围宽。提出了一种基于S-SSHI和S... 串联同步开关电感(Series Synchronous Switch Harvesting on Inductor,S-SSHI)电路输出功率高整流电压范围窄,而同步电荷提取(Synchronous Electric Charge Extraction,SECE)电路则输出功率低整流电压范围宽。提出了一种基于S-SSHI和SECE混合的压电阵列能量俘获接口电路,以实现整流器峰值输出功率和最佳整流电压范围之间的平衡。所提出的电路去除了整流桥结构,而采用简单的无源峰值检测器设计,且可以在任意相位差(0~2π)下从多个压电换能器中提取能量。仿真和实验结果表明,所提出的电路具有较高的输出功率和较宽的整流电压范围,与多输入全桥整流器相比,最大输出功率提升了3.04倍。 展开更多
关键词 能量俘获 串联同步开关电感(S-sshi) 同步电荷提取(SECE) 多压电 自供电
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A self-powered piezoelectric energy harvesting interface circuit with efficiency- enhanced P-SSHI rectifier 被引量:1
3
作者 Lianxi Liu Yanbo Pang +2 位作者 Wenzhi Yuan Zhangming Zhu Yintang Yang 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2018年第4期55-65,共11页
The key to self-powered technique is initiative to harvest energy from the surrounding environment. Harvesting energy from an ambient vibration source utilizing piezoelectrics emerged as a popular method. Effi- cient ... The key to self-powered technique is initiative to harvest energy from the surrounding environment. Harvesting energy from an ambient vibration source utilizing piezoelectrics emerged as a popular method. Effi- cient interface circuits become the main limitations of existing energy harvesting techniques. In this paper, an inter- face circuit for piezoelectric energy harvesting is presented. An active full bridge rectifier is adopted to improve the power efficiency by reducing the conduction loss on the rectifying path. A parallel synchronized switch harvesting on inductor (P-SSHI) technique is used to improve the power extraction capability from piezoelectric harvester, thereby trying to reach the theoretical maximum output power. An intermittent power management unit (IPMU) and an output capacitor-less low drop regulator (LDO) are also introduced. Active diodes (AD) instead of tradition- al passive ones are used to reduce the voltage loss over the rectifier, which results in a good power efficiency. The IPMU with hysteresis comparator ensures the interface circuit has a large transient output power by limiting the output voltage ranges from 2.2 to 2 V. The design is fabricated in a SMIC 0.18/~m CMOS technology. Simulation results show that the flipping efficiency of the P-SSHI circuit is over 80% with an off-chip inductor value of 820/zH. The output power the proposed rectifier can obtain is 44.4/~W, which is 6.7x improvement compared to the maximum output power of a traditional rectifier. Both the active diodes and the P-SSHI help to improve the output power of the proposed rectifier. LDO outputs a voltage of 1.8 V with the maximum 90% power efficiency. The proposed P-SSHI rectifier interface circuit can be self-powered without the need for additional power supply. 展开更多
关键词 SELF-POWERED piezoelectric energy harvesting P-sshi power management active diode LDO
原文传递
一种高效压电能量收集器的设计及供电研究
4
作者 邢永红 董增寿 宁少慧 《太原科技大学学报》 2023年第3期200-205,212,共7页
为了优化压电能量收集器的性能以解决植入式传感器的自供电问题,设计了一种双耳悬臂梁的压电结构并提出了一种高效的自供电并联同步开关电感(ESPP-SSHI)电路。通过模型建立和ANSYS及MULTISIM的仿真实验,验证了压电结构的合理性及接口电... 为了优化压电能量收集器的性能以解决植入式传感器的自供电问题,设计了一种双耳悬臂梁的压电结构并提出了一种高效的自供电并联同步开关电感(ESPP-SSHI)电路。通过模型建立和ANSYS及MULTISIM的仿真实验,验证了压电结构的合理性及接口电路性能的可靠性。结果显示:压电结构的一阶固有频率从84.653 Hz降到了59.962 Hz,谐振时开路电压达3.75 V,电路的输出功率为0.97 mW,是并联同步电感(P-SSHI)电路的2.63倍,压电结构的整体功率密度为1.2 mW/cm^(3). 展开更多
关键词 压电 能量收集 并联同步开关电感(P-sshi) 悬臂梁 自供电
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基于并联电感同步开关控制的振动能量回收方法研究 被引量:6
5
作者 曹军义 任晓龙 +1 位作者 周生喜 曹秉刚 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2012年第17期56-60,共5页
针对振动能量回收使用的并联电感同步开关(SSHI)控制方法研究中未考虑的控制损耗、储能负载和激励环境等问题,设计了一种基于电流监控、比较器、单片机和双向电子开关的低功耗回收控制电路。单片机通过比较器产生的中断信号控制双向开... 针对振动能量回收使用的并联电感同步开关(SSHI)控制方法研究中未考虑的控制损耗、储能负载和激励环境等问题,设计了一种基于电流监控、比较器、单片机和双向电子开关的低功耗回收控制电路。单片机通过比较器产生的中断信号控制双向开关适时闭合,成功实现了并联SSHI回收控制电路的功能。以储能装置为负载时,分析了整流电压、振子电容、激励幅值和频率对并联SSHI回收电路控制效果的影响,结果表明该方法在整流电压值较高、振子电容较大、激励频率较高、激励力较小时能够更有效地提高回收效率,为并联SSHI控制方法的应用奠定了一定的理论基础。 展开更多
关键词 振动能量回收 并联sshi 低功耗电路
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一种压电能量收集与管理电路 被引量:11
6
作者 李政 唐祯安 余隽 《电子器件》 CAS 北大核心 2015年第1期122-125,共4页
根据压电元件的特性提出一种压电能量收集与管理电路。它包括一个基于电感的并联同步开关收集电路(P-SSHI)、一个控制电路和一个DC-DC电路。该P-SSHI电路只需要两个开关,仿真的结果显示其收集的能量相比传统的AC-DC电路提高5倍以上;DC-D... 根据压电元件的特性提出一种压电能量收集与管理电路。它包括一个基于电感的并联同步开关收集电路(P-SSHI)、一个控制电路和一个DC-DC电路。该P-SSHI电路只需要两个开关,仿真的结果显示其收集的能量相比传统的AC-DC电路提高5倍以上;DC-DC电路工作在电流断续模式下(DCM),这有利于降低功耗,提高轻载效率,且仿真结果的输出电压为3.3 V,电压精度为0.02%。这种压电能量收集与管理电路能够为微功率设备提供稳压。 展开更多
关键词 能量管理 能量收集 P-sshi电路 DC-DC电路 仿真
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基于串联同步开关电感的高效压电能俘获电路设计 被引量:6
7
作者 王修登 夏银水 《传感器与微系统》 CSCD 2019年第2期69-72,76,共5页
提出了一种高效的自供电串联同步开关电感(ESPS-SSHI)电路,ESPS-SSHI电路通过简化无源的正/负峰值检测电路来检测压电元件开路电压的正、负极值,不但降低了电路的能耗,而且减少了压电元件达到峰值时与开关动作时刻的相位差,从而提高了... 提出了一种高效的自供电串联同步开关电感(ESPS-SSHI)电路,ESPS-SSHI电路通过简化无源的正/负峰值检测电路来检测压电元件开路电压的正、负极值,不但降低了电路的能耗,而且减少了压电元件达到峰值时与开关动作时刻的相位差,从而提高了能量提取的效率。LTspice仿真和实验验证表明:设计的电路最大输出功率可提高至标准能量俘获(SEH)电路的4. 5倍。 展开更多
关键词 能量俘获 串联同步开关电感(sshi) 压电元件 自供电
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低功耗自供电压电能量管理电路的研究 被引量:2
8
作者 刘婷 赵程 +1 位作者 曾涛 王元元 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第4期464-469,共6页
为了提高压电能量采集系统的采集效率,该文提出了一种用于压电能量采集的自供电能量管理电路。采用基于并联同步开关感应(P-SSHI)技术的有源全桥整流电路来提高压电采能器的功率,降低整流电路上的导通损耗;采用低功耗稳压降压集成芯片... 为了提高压电能量采集系统的采集效率,该文提出了一种用于压电能量采集的自供电能量管理电路。采用基于并联同步开关感应(P-SSHI)技术的有源全桥整流电路来提高压电采能器的功率,降低整流电路上的导通损耗;采用低功耗稳压降压集成芯片配合超级电容器,实现能量的高效采集存储。仿真结果表明,在模拟输出电压幅值为20 V时,该整流电路的输出功率为1.0846 W,比传统整流电路的平均输出功率提高了16.8%,在最高输出电压为5 V时,30 s内储存能量可以达到4.1371 J。 展开更多
关键词 压电能量采集 能量管理 有源二极管 并联同步开关感应(P-sshi) 自供电
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一种具有冷启动功能的自供电压电能量收集系统 被引量:2
9
作者 程波 程心 张章 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第7期927-932,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 压电能量收集 并联同步开关电感收集(P-sshi) 有源二极管 分离电极 冷启动
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基于自适应并联电感同步开关控制的压电能量俘获电路设计 被引量:4
10
作者 周兴 叶益迭 +1 位作者 夏桦康 施阁 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期1815-1821,共7页
并联电感同步开关(P-SSHI)电路可有效提高压电能量俘获能力,但其效率受到开关控制精准性、整流电路导通压降等因素的影响。提出了一种将超低压降有源整流与自适应P-SSHI结构相结合的高效压电能量俘获电路。其中,超低压降有源整流的上半... 并联电感同步开关(P-SSHI)电路可有效提高压电能量俘获能力,但其效率受到开关控制精准性、整流电路导通压降等因素的影响。提出了一种将超低压降有源整流与自适应P-SSHI结构相结合的高效压电能量俘获电路。其中,超低压降有源整流的上半桥采用交叉耦合被动开关的PMOS对管结构,下半桥则采用有源电路控制开关的NMOS对管结构,以降低整流电路的导通压降。自适应P-SSHI结构通过对整流电路中的电流进行过零检测确定同步开关的闭合时刻,对L-C振荡回路中的电流进行过零检测确定同步开关的断开时刻,以提高开关控制的精准性。实验结果表明,所提电路可以实现同步开关的自适应控制,并可有效提高压电能量俘获电路的整体效率。在负载电阻100 kΩ的情况下,所提电路的输出功率为291.35μW,相比于全桥整流电路的125.32μW,提高了132%。 展开更多
关键词 压电能量俘获 P-sshi 自适应开关控制 有源整流
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基于串联电感同步开关控制技术的振动能量回收电路仿真研究 被引量:2
11
作者 曲鹏超 沈辉 孙枫磊 《青岛大学学报(自然科学版)》 CAS 2020年第2期6-10,共5页
研究了压电振动能量回收电路中串联电感同步开关电路,对开关的控制策略进行优化。首先建立机电耦合模型,通过等效电路建模分析法得到压电振动系统的电学模型;利用Multisim软件建立振动能量回收系统的仿真模型和开关控制电路仿真模型。... 研究了压电振动能量回收电路中串联电感同步开关电路,对开关的控制策略进行优化。首先建立机电耦合模型,通过等效电路建模分析法得到压电振动系统的电学模型;利用Multisim软件建立振动能量回收系统的仿真模型和开关控制电路仿真模型。以负载作为储能元件,分析了压电片受夹电容电压与负载电压的变化。与标准能量回收电路相比,其输出功率提高近4倍。 展开更多
关键词 串联sshi 振动能量回收 压电效应
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高效压电能收集电路仿真 被引量:3
12
作者 李政 王瑞 +3 位作者 唐祯安 余隽 程义军 巢明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1060-1064,共5页
基于环境中压电振动能的收集,提出一种高效的压电收集电路。所提出的电路包括两个压电片、一个基于电感的并联同步开关收集电路(P-SSHI)、一个信号调理电路和一个控制电路。其中一个薄压电片可以为另一个主压电片提供信号。所设计的电... 基于环境中压电振动能的收集,提出一种高效的压电收集电路。所提出的电路包括两个压电片、一个基于电感的并联同步开关收集电路(P-SSHI)、一个信号调理电路和一个控制电路。其中一个薄压电片可以为另一个主压电片提供信号。所设计的电路既不需要二极管也不需要复杂的控制信号,可以改善压电能收集能力,并且这种压电能收集电路在日常生活中更容易使用。基于0.5μm CMOS工艺仿真结果显示所收集的最大功率超过140μW,相对传统的AC-DC电路提高9倍以上,效率效率达到93.1%。 展开更多
关键词 压电振动 收集电路 高效 仿真
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一种自感知型电感同步开关能量采集电路 被引量:7
13
作者 唐炜 黄伯达 +1 位作者 曹景军 杜昕 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1469-1476,共8页
电感同步开关能量采集(SSHI)电路可显著提高压电式振动能量采集装置的工作效率,然而其开关控制需要外接传感器和控制器。为此,文中提出了一种自感知电感同步开关能量采集电路(SS-SSHI),可完全不依赖外部检测和控制设备,仅通过模拟电路... 电感同步开关能量采集(SSHI)电路可显著提高压电式振动能量采集装置的工作效率,然而其开关控制需要外接传感器和控制器。为此,文中提出了一种自感知电感同步开关能量采集电路(SS-SSHI),可完全不依赖外部检测和控制设备,仅通过模拟电路即可自动实现SSHI电路开关的自动开闭和电压翻转。本文阐述了SS-SSHI电路的工作原理,分析了SS-SSHI电路工作状态及功率变化。理论和实验研究表明使用SS-SSHI电路能够显著的提高能量采集效率,相比于标准能量采集电路(SEH),最大输出功率可提高99.23%。 展开更多
关键词 振动能量采集 电感同步开关采集电路 自感知 压电特性
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一种无源同步开关压电能量收集电路研究 被引量:6
14
作者 朱莉娅 郑梅 陈仁文 《电子元件与材料》 CAS CSCD 2016年第4期70-75,共6页
在压电能量收集接口电路中,并联开关同步电感电路在开关断开后电感上所剩余磁能并未得到有效利用。为了克服上述问题,提出一种改进的并联同步开关电感电路,以倍压整流电路取代并联同步开关电感电路中的全桥整流电路,一方面减少整流电路... 在压电能量收集接口电路中,并联开关同步电感电路在开关断开后电感上所剩余磁能并未得到有效利用。为了克服上述问题,提出一种改进的并联同步开关电感电路,以倍压整流电路取代并联同步开关电感电路中的全桥整流电路,一方面减少整流电路耗能,另一方面在开关过程中构建新的振荡回路,将电感上存储磁能转化成电能传递至负载。再利用无源峰值检测开关电路,降低开关控制电路耗能。仿真及实验结果表明,该电路输出功率为传统并联同步开关电感电路输出功率的130%、为经典电路输出功率的9.6倍。同时,该电路中开关电路耗能仅占所采集能量的12%,可以实现能量自给。 展开更多
关键词 能量收集 压电振动 同步开关电感 倍压整流 无源 自供电
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基于多个压电换能器的接口电路
15
作者 霍新新 褚金奎 +1 位作者 韩冰峰 姚斐 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期2038-2045,共8页
为了探究多压电换能器并联时的能量输出特性,以标准电路和同步电感电路(SSHI)为基础提出4种多压电换能器并联电路,对4种电路下的输出功率进行理论推导,并探讨激振力之间相位差对并联输出功率的影响.结果表明:如果多压电换能器采用先并... 为了探究多压电换能器并联时的能量输出特性,以标准电路和同步电感电路(SSHI)为基础提出4种多压电换能器并联电路,对4种电路下的输出功率进行理论推导,并探讨激振力之间相位差对并联输出功率的影响.结果表明:如果多压电换能器采用先并联后整流的标准/SSHI电路,激振力之间相位差对输出功率有影响,并且最终的并联输出功率由相位差、激振频率及接口电路共同决定.如果多压电换能器采用先整流后并联的标准/SSHI电路,激振力之间相位差对并联输出功率没有影响,输出功率由激振频率和接口电路决定.对比4种接口电路,采用先整流后并联的SSHI接口电,输出功率峰值较高、带宽较宽,在4种电路中综合效果更好. 展开更多
关键词 压电换能器 标准电路 sshi电路 并联 相位差
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用于压电能量收集的冷启动SSHC整流器
16
作者 颜杰 陈超 张章 《微电子学与计算机》 2021年第12期105-110,共6页
为提高压电能量采集(piezoelectric energy harvesting,PEH)系统的转换效率,文章在传统全桥整流器(full-bridge rectifier,FBR)以及同步开关电感收集(synchronous switch harvesting on inductor,SSHI)技术的基础上,设计了冷启动同步开... 为提高压电能量采集(piezoelectric energy harvesting,PEH)系统的转换效率,文章在传统全桥整流器(full-bridge rectifier,FBR)以及同步开关电感收集(synchronous switch harvesting on inductor,SSHI)技术的基础上,设计了冷启动同步开关电容收集(synchronous swich harvesting on capacitors,SsHC)整流器.整流器电路可在冷态下提供较高的开路电压,使系统加快进入正常工作状态.内部的开关电容(switched capacitors.SCs)代替电感进行电荷的快速翻转,降低了能量损耗并实现了较高的翻转效率。整流器电路采用TSMC0.18μm CMOS工艺进行搭建与仿真.效率计算结果显示,与传统的全桥整流器相比,在开路电压为4.5 V的情况下,压电能量收集系统的效率提高了5.5倍,超过了大多数SSHI整流器电路,并显著减小了系统面积.仿真结果显示,设计的四电容SSHC整流器的电压翻转效率为66.36%. 展开更多
关键词 压电能量收集 冷启动 SSHC 有源二极管 整流器 sshi FBR
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新型同步机械开关提升压电能量收集效率及其在非线性系统下的特性分析 被引量:2
17
作者 葛聪 刘海利 梁俊睿 《机电工程》 CAS 2017年第11期1287-1292,共6页
针对压电能量收集(PEH)技术中的自供电电感同步开关能量收集电路(SP-SSHI)有相当大的能量损失问题,对电感同步开关能量收集电路(SSHI)、采用电子开关的SP-SSHI(ESP-SSHI)电路以及位移极值检测传感器等方面进行了研究,并通过对已有的同... 针对压电能量收集(PEH)技术中的自供电电感同步开关能量收集电路(SP-SSHI)有相当大的能量损失问题,对电感同步开关能量收集电路(SSHI)、采用电子开关的SP-SSHI(ESP-SSHI)电路以及位移极值检测传感器等方面进行了研究,并通过对已有的同步机械开关的SP-SSHI(MSP-SSHI)进行了总结归纳,提出了一款新型的同步机械开关。将该同步机械开关运用到自供电电感同步开关能量收集电路中,且对该机电MSP-SSHI系统进行了建模分析和实验对比。研究结果表明:MSP-SSHI工作在线性条件下时,比传统能量收集电路有较高的能量收集效率;工作在双稳态惯性振荡非线性系统下时,有更宽的能量收集频率范围。 展开更多
关键词 非线性系统 压电能量收集 自供能 电感同步开关能量收集 机械同步开关 震动能量
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基于FNOV-MPPT的多压电输入无整流桥的能量采集电路的研究
18
作者 常健 施阁 +4 位作者 陈君富 徐苴邴 夏银水 王修登 夏桦康 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期311-319,共9页
环境能量俘获中压电振动能量采集的接口电路设计已成为近几年研究的热点之一。串联同步开关电感(Series Synchronous Switch Harvesting on Inductor,S-SSHI)接口电路是一种常用的能量采集接口电路。只有当负载阻抗与压电元件(Piezoelec... 环境能量俘获中压电振动能量采集的接口电路设计已成为近几年研究的热点之一。串联同步开关电感(Series Synchronous Switch Harvesting on Inductor,S-SSHI)接口电路是一种常用的能量采集接口电路。只有当负载阻抗与压电元件(Piezoelectric Energy,PZT)输出阻抗匹配时,才能获得最大能量转换效率。针对以上问题,提出了一种无分时开路电压法的最大功率跟踪(Fractional Normal-Operation Voltage Maximum Power Point Tracking,FNOV-MPPT)控制电路用于S-SSHI接口电路的最大功率跟踪,与传统的分时开路电压法相比,无需断开PZT与负载端的连接,在S-SSHI接口电路正常工作期间进行最大功率跟踪,其效率最高可达97%。采用的极值检测电路只用四个三极管和一个检测电容,降低了电路功耗。同时本文所提出的电路具有很好的扩展性,可以通过一个FNOV-MPPT控制电路的方式进行多PZT能量同时采集。 展开更多
关键词 振动能量 串联同步开关电感 最大功率跟踪 无分时开路电压 多输入
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