面向壓電能量收集的傳感器自供電電源設計

徐強菊，葛麗莉，宗昌灝，楊雨諾，孫科學,2

(1.南京郵電大學 電子與光學工程學院,江蘇 南京 210023；2. 射頻集成與微組裝技術國家地方聯合工程實驗室, 江蘇 南京 210023)

0 引言

在過去的10多年里，各類處理、通信、存儲技術迅速發展，隨之發展的無線傳感器網絡技術已深入生活各方面，在工業中也得到廣泛應用。其可靠性高，成本低，覆蓋面廣，功耗極低。而電源技術發展較慢，能量密度上無明顯提高。傳統上，各類無線傳感器一直采用電池供電的方式測量并發送無線數據[1-2]。這種供電方式工作可靠，難度低，但維護成本(如更換電池費用)高，尤其是大部分傳感器節點電池代價高，部分甚至不能更換。另外，采用太陽能等作為自供電能量來源，必須是在有光的環境下。劉創等[3]提出了移動充電的解決方案，但這要求傳感器節點具備無線充電能力。還有一些特殊場合不允許搭載或進入外部供電設備。因此，能夠適應諸多應用場景的微弱能量收集技術,已成為無線傳感器網絡進一步發展的前提[4-6]。

本文介紹了基于壓電效應的振動能量收集技術，并設計了一個圍繞LTC3588-1電源管理芯片的能量收集電路。

1 懸臂梁式壓電換能器理論模型及工作方程

1.1 懸臂梁式壓電換能器理論模型

通常壓電能量收集器為單層或雙層壓電陶瓷片構成的懸臂梁結構[7]，即壓電單晶片或壓電雙晶片，作為收集器的懸臂梁固定在振動的宿主結構上，壓電層中變化的應變產生交變電壓并通過陶瓷上的電極輸出?！?br>