5 Hz altı hareketler için paralel-SSHI doğrultucu ve DC-DC çeviriciler kullanan yüksek gerilim triboelektrik enerji̇ hasatlama sistemi

Bu tezde, 1 Hz ile 5 Hz mekanik hareketleri hedefleyen triboelektrik enerji hasatlayıcılar için indüktör (paralel-SSHI) üzerinde paralel senkronize anahtarlama yönteminin ilk entegre devre (IC) uygulaması sunulmaktadır. Her biri 70 V seviyelerini kaldırabilen yonga içiresinde buck ve anahtarlamalı kapasitör DC-DC dönüştürücüler sisteme entegre edilmiştir. Piezoelektrik hasatlayıcıların aksine, triboelektrik nanojeneratörler (TENG'ler) çok yüksek açık devre gerilimleri üretebilir; dolayısıyla, bu tezde önerilen sistem, çıkarılan gücü en üst düzeye çıkarmak için teknoloji sınırları dahilinde kullanılmıştır. Çelik ve politetrafloroetilen (PTFE) kullanılarak kendi laboratuarımızda üretilen bir TENG, 5 Hz altı hareketler için modellenmiştir. Hasatlanan enerji, gerilimi 70 V'a ulaşana kadar harici bir kapasitansta depolanır, bu da arka arkaya üç basma ve bırakma mekanik döngüsüyle elde edilmektedir. 70 ile 2 V aşağı dönüşüm iki aşamada yapılmıştır; 70 V'tan 10 V'a dönüşüm buck dönüştürücü ile ve ardından 10 V'tan 2 V'a dönüşüm anahtarlamalı kapasitör DC-DC dönüştürücü ile gerçekleştirilir. TSMC 0.18 um HV BCD teknolojisiyle, 6.25 mm2 aktif alana sahip bir yonga üretilmiştir. Uçtan uca maksimum verimlilik, 1 Hz'lik hareket için %32.71 olarak ölçülmüştür ve yüke 4 ms için toplam 722 uW güç aktarımı yapılmıştır.