Fully autonomous piezoelectric energy harvesting interface circuit utilizing low profile nonlinear switching technique

Piezoelektrik enerji 􏰟üret􏰄eç􏰥leri kullanılarak ort􏰄am 􏰄titreşimlerinden enerji 􏰟üret􏰄mek, mikro-elektronik cihazları􏰣n kendi kendilerine çalışmalarını sağlamak iç􏰥in 􏰈umut􏰈􏰄 v􏰠erici bir çözüm sunar. Enerji 􏰟üret􏰄eç􏰥lerinden güç􏰟􏰥 elde et􏰄me işlemi genellikle sü􏰟rekli ş􏰤arj gerek􏰄tiren piez􏰢oelek􏰄trik kapasit􏰄ansa bağlı􏰣 olarak performansları􏰣 k􏰦􏰄􏰟ötü bir 􏰤şekilde etkilenen tam-k􏰦öprü􏰟 doğrultucularla ger􏰥ekle􏰤􏰄ştirilir. Li􏰄tera􏰄tü􏰟rdeki doğrusal olma􏰅yan anahtarlama teknikleri, standart AC/DC dönüştürücülerinde karşılaşılan problemlerin ü􏰟st􏰄esinden gelir. B􏰈unu􏰈nla birlikt􏰄e bu devreler, iy􏰅i bir güç dönüşüm 􏰠verimliliği ve çıkış gücü􏰟 elde e􏰄tmek i􏰥çin b􏰟􏰅􏰟üyük harici bileş􏰤enlere ihtiyaç􏰄􏰥 d􏰈􏰅uyarlar. Bu, mikro fabrikasyon 􏰟üre􏰄timi olan kablosuz􏰈􏰢 sens􏰦ör ağlarındaki minya􏰅tü􏰄􏰟rle􏰤ş􏰄tirme eğilimini engeller ve 􏰈􏰅uygu􏰈lama alanları􏰣􏰣nı􏰣􏰣 s􏰣ı􏰣􏰣n􏰣ı􏰣􏰣rlar. Bu􏰈 􏰥çalışmanı􏰣􏰣n amac􏰣ı􏰣􏰣, MEMS pie􏰢zoelekt􏰄rik dönüş􏰤türücülerden enerji 􏰄toplay􏰅abilen v􏰠e elek􏰄tronik yü􏰅􏰟klere güç􏰟􏰥 sağlayabilen düşük profilli ot􏰄onom bir arayüz􏰅􏰟􏰢 dev􏰠resi t􏰄asarlamak v􏰠e 􏰈􏰅uyg􏰈ulamaktı􏰄􏰣r. 􏰁Ilk 􏰄tasarımda, sis􏰄tem hacmini a􏰢zal􏰄tmak iç􏰥in y􏰅eni SSHCI 􏰄tekniğ􏰡ini k􏰈ullanan bir düşük hacimli 􏰄tamamen o􏰄tonom arayüz􏰅􏰟􏰢 de􏰠vresi ö􏰦nerildi. Optimal dönüşüm sü􏰟resini algı􏰣lay􏰅abilen 􏰅yeni iki-aşamalı􏰣 v􏰠olt􏰄aj dönüştürme işlemi, SSHCI devresinde voltaj dönüştürme amacıyla ku􏰈llan􏰣lan bobinin boyutu􏰅􏰈􏰄􏰈nu􏰈n mikro-􏰂H aralığına sağlar. Bu􏰈 yö􏰅􏰦nt􏰄em, sist􏰄em hacmini ö􏰦nemli 􏰦ölçü􏰥􏰟de azaltır. Ü􏰌re􏰄tilen devre (IC), ideal tam-k􏰦öprü􏰟 doğrultuculara göre 6.14x çıkış gücü􏰟 iyileştirmesi sağlar ve %90.1 güç dönüşüm verimliliği elde edilebilir. Ikinci tasarımda, çıkış gücü􏰟nün yüke bağımlılığını ortadan kaldırmak için SSHCI ile çalışabilen bir MPPT devresi tasarlanmıştır. SSHCI ve MPPT arasındaki bobin paylaşımı, çalışmaları için aynı düşük profilli bobini kullanmalarına izin verir ve sistemin daha az yer kaplamasını sağlar. Optimum pil voltajının otomatik olarak algılanmasının ara sıra yenilenmesi, sistemi enerji üret􏰄ecinin giriş uyarma değişikliklerine karşı dayanıklı hale getirir. SSHCI-MPPT, yükten bağımsız bir yapı sunarken 5.44x çıkış gücü iyileştirmesi ve %83 güç dönüşüm verimliliğine ulaşır.