Plaka tabanlı piezoelektrik enerji hasatlamak için ağ bağlantılı SSHI konfigürasyonlarının incelenmesi

Titreşime dayalı enerji hasadı, bakım maliyetini azaltmak ve pilin atılmasını ortadan kaldırmak için çoğunlukla geleneksel pillerle çalışan küçük elektrikli cihazlarda ve bileşenlerde kullanılacak elektrik enerjisi üretmek için son yirmi yılda büyük ilgi görmüştür. Mevcut transdüksiyon mekanizmaları arasında piezoelektrik dönüştürücüler, büyük güç yoğunluklarına sahip oldukları için araştırmacıların ilgi alanına girmektedir. Piezoelektrik enerji hasadı ile ilgili çalışmaların çoğunda, piezoelektrik enerji hasatlayıcılar, basit yapılarından dolayı, sırasıyla unimorf konfigürasyon ve bimorf konfigürasyon olarak bilinen sırasıyla bir veya iki piezoelektrik malzeme tabakası ile konsol kirişler şeklindedir. Konsol kirişli enerji hasatlayıcılara bir alternatif olarak, yama tabanlı piezoelektrik enerji hasatlayıcıların, ana yapının titreşim enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmek için plaka benzeri yapılar üzerinde uygulanması daha verimli ve daha kolaydır. Plaka benzeri yapılara bağlı piezo-yama enerji hasatlayıcılar, otomotiv, havacılık ve denizcilik uygulamalarında çok modlu titreşim enerjisini çıkarmak için kullanılabilir. Enerji hasadından elde edilen alternatif akım, pratik uygulamalar için daha kararlı (DC) bir forma dönüştürülmelidir. Bu dönüşümlerin çoğu için tam dalga standart AC-DC doğrultucu devreleri kullanılır. Çıkış gücünü artırmak için araştırmacılar, indüktör üzerinde senkronize anahtar hasatlayıcı (SSHI) da dahil olmak üzere çeşitli devreler üzerinde çalıştılar. Her piezo yaması için, SSHI devreleri, standart doğrultucu toplama devrelerine kıyasla toplanan gücü artırabilir. Bununla birlikte, SSHI ağının farklı konfigürasyonlarını çoklu piezo yamalar için kullanmanın plaka yapıları üzerindeki etkisi henüz anlaşılamamıştır. Bu çalışma, ağa bağlı SSHI konfigürasyonlarının performansını ağa bağlı doğrultucu konfigürasyonlarına kıyasla değerlendirmeyi ve enerji hasadı uygulamaları için optimum konfigürasyonları araştırmayı amaçlamaktadır. Bu çalışmada, üç piezo-yaması bir alüminyum ana plakaya yapıştırılmış ve tekli ve/veya çoklu enerji hasatlama devrelerine bağlanmıştır. Elektromekanik sistemin eşdeğer devre modeli (ECM), deneysel olarak onaylanmış analitik modelden geliştirilmiştir ve bir elektronik devre simülasyon yazılımı olan LTspice'da kullanılmıştır. Tekli/çoklu doğrultucular ve SSHI devreleriyle ilgili dört farklı konfigürasyon çalışması ele alınmıştır. İlk iki durum tek bir doğrultucu/SSHI devresini içerirken, diğer ikisi her yama için ayrı doğrultucu/SSHI devrelerini içermektedir. Her konfigürasyonun performansı, harmonik uyarım altında tepe güç çıkışları açısından değerlendirilmiştir ve her konfigürasyon için optimum yük dirençleri elde edilmiştir. Deneysel bulgulara dayanarak, en iyi konfigürasyon belirlenmiştir ve deneysel sonuçlar simülasyon sonuçları tarafından doğrulanmıştır. Sonuçlar, ilgili SSHI'ları kullanarak, artan diyot kaybına rağmen yük kaybını önleyerek güç çıkışının iyileştirilebileceğini göstermektedir. Bu çalışma, plaka yapıları üzerindeki çoklu piezo-yamaları için ağ bağlantılı SSHI konfigürasyonlarının etkinliğini araştırarak optimum enerji hasatlama tekniklerini anlamamıza katkıda bulunuyor.