用于压电能量收集的冷启动SSHC整流器

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%.

应用于压电能量源的高效同步电容开关能量收集芯片设计

针对压电能量源,提出了一种具有压电能量源极性判定的高效改进型单脉冲序列可配置能量收集接口电路芯片。该芯片通过采用同步电容开关接口电路,实现了在压电能量源内部电流源过零时的电荷再分享,将压电能量源内部电容上的电荷转移至外部电容,再通过开关控制,实现外部电容上的电荷翻转,最后将翻转后的电荷输送回压电能量源内部电容。该方法避免了压电能量源内部电容上存储的电荷被内部电流源过零后中和而造成的能量损失,实现了较高的能量俘获效率。通过采用0.18μm标准CMOS工艺完成电路和版图设计,芯片版图有效面积仅需0.06 mm^(2)。仿真结果显示:在压电能量源开路电压为2.8 V时,能够实现最高81.8%的电压翻转效率,与标准的全桥整流结构压电接口电路相比较,所提出的结构在能量俘获能力方面实现了最大8.1倍的提升。