具有自適應電感共享策略的壓電能量收集電路設計與實現

電池的廣泛使用制約著傳感設備快速發展,尤其是在使用頻繁且不易更換電池的環境中,例如火電廠的熱交換廠房的環境溫度監測傳感器、高壓電網變電站中變壓器振動傳感設備、寫字樓中的環境傳感節點、體內植入式醫療裝置等。在這些應用中,電池是主要的能量供給方式。然而,無論選用多大容量的電池,由于電池壽命的限制以及自身電能的逐漸耗盡,最終這些設備均會因供電不足而失效

。如果能通過收集環境中的各種能量,并通過換能器將其轉換為電能,為電子設備進行自供電,從而避免電池的使用,并大幅提升設備的使用壽命,則有望解決這類應用場景中因使用電池而帶來的供電問題

,并且對傳統植入式醫療裝置中無線通信電路功耗高、面積大、通信距離短的問題也有極大改善作用

。此外,在各種各樣的環境能量中,壓電振動能量較為常見,能量密度較高且對應的能量收集裝置體積較小。因此,針對壓電振動能量收集系統的研究成為了國內外學者關注的熱點。

國外學者針對該領域的研究起步較早,首個壓電振動能量收集的接口電路于2002年由Ottman等

提出,該接口電路采用了基本的無源全橋整流結構,被稱為壓電振動的標準能量收集(standard energy harvesting,SEH)結構;該接口電路通過對壓電換能器的交變電流進行整流、并用超級電容來儲存能量,實現了從振動到電能完整轉換和收集過程,無需外部電源,足以滿足許多電子系統的電力需求?！?br>