一种新型自供电式压电能量回收接口电路.pdf

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1、第33卷第5期电子元件与材料Dl-33NO．52014年5月ELECTRoNICCoMPoNENTSANDMATERIALSMav2014一种新型自供电式压电能量回收接口电路王玉霞，季宏丽，裘进浩，尹慧慧(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏南京210016)摘要：阐述了经典能量回收接口电路及二次同步开关电荷提取电路(DSSH)工作的基本原理以及两种电路各自的优缺点。基于DSSH电路回收功率与负载无关、回收效率高等优点，提出了一种低功耗的自供电优化设计方案，克服了其难以实现能量自给的缺点。使用LTspice建模仿真

2、，验证了这一方案的有效性，并通过理论分析计算得出该电路最终回收功率约可达经典电路的400％。搭建了振动能量回收实验平台进行验证。结果表明，电路实际输出功率可达经典电路的2．31倍，实验结果与理论分析结果吻合。关键词：能量回收；压电振动；阻抗匹配；LTspice仿真；同步开关；自供电．doi：10．3969~．issn．1001—2028．2014．05．015中图分类号：TN384；TM619文献标识码：A文章编号：1001-2028(2014)05-0061-07Novelself-powerednonlinearinterfac

3、ecircuitforpiezoelectricenergyharvestingWANGYuxia，JIHongli，QIUJinhao，YINHuihui(StateKeyLaboratoryofMechanicsandControlofMechanicalStructures，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautic，Nanjing210016，China)Abstract：Theworkingprinciplesofstandardanddoublesynchronizedswitc

4、hharvesting(DSSH)interfacecircuitsinpiezoelectricenergyharvestingsystemwereintroduced，andtheirmeritsanddemeritswerediscussed。Anewself-poweredlowpowerdissipationtechniquewasproposedbasedontheadvantagesofDSSHtechnique：theharvestedpowerwasload·independentandtheericiencywa

5、sabsolutelyhigherthantheothercircuits．Thisnewtechniqueovercamethedisabilityofenergyself-supply．SimulatedwithLTspice，thistechniqueisprovedtobeeffective．Theextractedpowercanbeuptoabout400％comparedwiththemaximalharvestedpowerofthestandardcircuitbytheoreticalanalysis．Assho

6、wnintheexperimentalresults，theextractedpowerwiththisnewtechniqueis2．31timesofthatofthestandardcircuit，whichisconsistedwiththetheoreticalresults．Keywords：energyharvest；piezoelectricvibration；impedancematching；LTspicesimulation；synchronizedswitch；self-powered大部分便携式电子设备和无

7、线传感器均采用电实可行的，能够满足对微功耗系统的供能【l】。而基池供电。然而电池寿命有限，需定期更换电池或者于压电材料的振动能量回收技术已成为目前发展最为电池充电，影响了无线系统状态检测技术的应用快、最具有前途的技术之一J。和发展。因此，回收环境能量为无线传感器节点供目前，多数压电振动能量收集接口电路均只能电已成为解决无线传感网络能量自给问题有效方法在由外界供电的DSP(digitalsignalprocessing)控制之一。目前，从机械振动中获得能量已被证明是切系统中才能实现，且电路本身功耗较大，甚至超过收稿日期：2014．02

8、．11通讯作者：季宏丽基金项目：江苏高校优势学科建设工程资助项目；国家“863”计划资助项目(No．2013AA041105)：国家自然科学基金资助项目(No．51375228)；江苏省青年基金资助项目(No．BK20130791)：