基于同步电荷提取和翻转的可扩展异质能量俘获电路

为了提供更加稳定可靠的能量,针对异质能的混合能量俘获问题,提出了一种基于同步电荷提取和翻转的可扩展异质能量俘获(Extensible Synchronous Charge Extraction and Inversion for Heterogeneous Energy Harvesting,EH-SCEI)电路。所提出的EH-SCEI电路,利用无源的峰值检测电路和RC微分电路在压电电压峰值时实现异质能源同步提取,并提出将部分电荷提取到储能端而另一部分电荷进行翻转以提高俘能效率的方法。仿真和实验结果均表明,所提出的电路可以对多个具有任意相位差的压电换能器进行能量采集并可根据实际的应用场景进行扩展;与现有电路相比,在输入输出范围、负载相关性、俘获效率等性能上,均有较大改善。

基于SICE自供电式压电-电磁俘能电路设计

对SICE接口电路的回收功率进行理论分析和计算,并利用Multisim对SHE、SECE、P-SSHI、S-SSHI和SICE 5种接口电路进行仿真和比较。通过对5种电路的分析,文中提出了一种基于同步翻转电荷提取的压电-电磁俘能电路(Self-Powered SICE)。所提出的电路由压电俘能部分、电磁供能部分、运算放大器、整流滤波电路、开关控制电路和同步翻转电荷提取电路组成。电磁产生的能量为开关控制电路供能,避免了引入额外的电源对开关进行控制以达到自供能。Multisim仿真结果表明本文设计的SP-SICE电路的回收功率是SHE电路的3.7倍,相比SICE电路的回收功率有所下降,但实现了自供电和负载的自适应。

基于耦合电感的压电能量采集电路设计与仿真

利用压电材料的环境振动能量收集技术具有能量密度大,无电磁干扰,较易收集的特点,该文提出一种自供电式压电振动能量采集电路,即基于耦合电感的同步电荷提取和电压翻转电路(SCET&VII),利用电子仿真软件LTspice对标准能量采集(SEH)电路、同步电荷提取(SECE)电路和SCET&VII进行仿真分析和对比。结果表明,在相同振动激励条件下,SCET&VII接口电路的负载取用功率是SEH的2.65倍、SECE的1.76倍,且功率输出不受负载影响,同时实现了能量收集中的开关动作能量自给。

基于同步翻转电荷提取的多压电能量俘获电路

针对多压电能量俘获问题,提出了一种可拓展的自供电同步翻转电荷提取(Extensible Self-Powered Synchronous Inversion and Charge Extraction Circuit,ESP-SICE)接口电路。所提出的接口具有自供电、无整流桥设计的特点。电路通过同步电压翻转提高开路电压,通过同步电荷提取可在任意相位差下从多个压电换能器俘获能量而不仅限于时分复用的方式。仿真和实验结果表明,ESP-SICE电路单个压电能量的提取效率可达全桥整流电路最大功率的4.2倍。

自供电的同步翻转与电荷提取电路设计

同步翻转和电荷提取(Synchronous Inversion and Charge Extraction,SICE)电路是低耦合压电系统中最为有效的接口电路之一。提出了一种自供电的同步翻转与电荷提取(Self-Powered Synchronous Inversion and Charge Extraction,SP-SICE)电路。所提出的接口电路使用一个正/负峰值检测模块,具有共享电感、自供电和无整流桥等特点。当压电元件电压达到正峰值时,翻转电压;当压电元件电压达到负峰值时,提取能量。LTspice仿真和实验结果都表明SP-SICE电路的有效性,并且其输出功率可以达到SECE电路最大输出功率的1.9倍。

自供电式同步翻转电荷提取电路的优化设计

目的解决现有接口电路俘能效率低、开关控制电路模块结构复杂等问题。方法基于电压翻转及电荷提取技术,提出一种自供电式同步翻转电荷提取的压电能量俘获电路(Self-Powered Optimized Synchronous Inversion and Charge Extraction Circuit,SP-OSICE)。该电路设计了2个电压峰值检测电路,检测压电换能器两端电压峰值,并在正峰值处进行一次电压翻转,然后在负峰值处采用同步电荷提取方法,提取压电换能器寄生电容上储存的电荷,提高能量的收集效率。结果在低负载区,SP-OSICE电路的输出功率略低于SICE电路的输出功率,随着负载电压的增大,SP-OSICE电路的输出功率略高于SICE电路,且可达到全桥整流电路最大输出功率的6倍以上。结论SP-OSICE电路优化了SICE电路中的开关控制策略,无需整流桥结构,提高了接口电路的输出功率。整体电路采用自供电设计,无需外部辅助电路控制晶体管通断,降低了电路结构的复杂性。仿真和实验结果均验证了SP-OSICE电路的优势。