壓電能量收集器的電源管理ASIC設(shè)計.pdf

1、壓電能量收集的電源管理ASIC（Applied Specific Integrated Circuits）是提高微能源收集效率、能量的可持續(xù)利用的重要器件。為了盡可能高效地提高壓電能量收集器的輸出功率，設(shè)計具有阻抗匹配特性的超低功耗能量輸出接口電路尤其重要。本論文針對壓電振動能量收集器的輸出特性，重點研究壓電振動能量收集器與電源管理電路之間的阻抗匹配以及超低功耗的電壓調(diào)理技術(shù)，設(shè)計超低功耗壓電能量收集的電源管理ASIC，為實現(xiàn)自供電的無

2、線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供完整解決方案。
　　本文首先分析了壓電振動能量收集器的電源管理ASIC電路的重要性和可行性，詳細闡述了現(xiàn)有壓電振動能量收集器電源管理技術(shù)ASIC電路的研究現(xiàn)狀及優(yōu)缺點；其次，論文針對實驗室研制的PZT（Lead Zirconate Titanate）五懸臂梁陣列壓電能量收集器，分析了其輸出特性，建立了等效的電學模型；并在此基礎(chǔ)上，綜合輸出功率、共振頻率、輸出電壓及最優(yōu)負載等方面因素，提出了適用于該壓電能量收集器的

3、同步電荷提取電路（Synchronous Electric Charge Extraction，SECE）及其供電機制，建立了適用于該壓電能量收集器的能量管理機制，然后設(shè)計了超低功耗的電壓調(diào)理電路，其輸出電壓可為后續(xù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行供電。論文采用Cadence Spectre軟件基于無錫華潤上華公司（CSMC）0.18um CMOS工藝對本文所設(shè)計的壓電能量收集電源管理ASIC電路進行了性能仿真，確定了用于能量收集的同步電荷提取電路

4、能量收集效能，即在10s內(nèi)對49uF儲能電容可從0V充電至5.2V，能量轉(zhuǎn)換效率為54.75％，5-10s內(nèi)所收集的能量為傳統(tǒng)全波整流電路對應時間所收集到能量的3.15倍。所設(shè)計的電源管理電路靜態(tài)電流僅為3.25uA，電路能夠驅(qū)動50mA的大負載電流，在負載電流為3.17mA時，電路工作效率為95.2%。仿真結(jié)果驗證了本文所設(shè)計的電源管理ASIC電路具有較高的能量收集效率和較好的負載供電輸出能力。針對壓電能量收集器輸出特性，研究了超低功