高效能量俘獲系統(tǒng)中的電路設計技術(shù).pdf

1、隨著集成電路技術(shù)、傳感技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(wireless sensor network,WSN)已廣泛應用于工業(yè)、消費電子、環(huán)境監(jiān)測、智能交通、軍事等領(lǐng)域。但采用電池為WSN節(jié)點供電的傳統(tǒng)方式具有體積大、續(xù)航能力差等缺點。近年來，通過對環(huán)境中能量的采集實現(xiàn)WSN節(jié)點的自供電成為了一個較為熱門的解決方案。壓電式振動能量俘獲裝置是振動能量俘獲技術(shù)的一種，但其輸出的交流電壓無法直接應用于WSN節(jié)點供電，需在壓電式振動能量俘

2、獲裝置與負載之間加入能量管理電路。目前，能量管理電路在自供電和轉(zhuǎn)換效率方面仍然存在不足，因此，設計低功耗、自供電的能量管理電路成為了高效能量俘獲系統(tǒng)中的主要研究方向。
　　本文針對壓電振動能量俘獲裝置的機電耦合等效模型，結(jié)合其電壓輸出特性，研究了可實現(xiàn)自主供電的接口電路設計方法，給出了兩種電路的具體實現(xiàn)方案。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　1.針對WSN節(jié)點的自供電問題，提出了一種自供電同步電荷提取電路。該電路使用兩個無源的極

3、值檢測電路來檢測壓電元件輸出電壓的正負極值，并在極值點對壓電元件上產(chǎn)生的電荷進行提??；采用整流電路、極值檢測電路元件復用的方法，具有無需傳統(tǒng)整流橋結(jié)構(gòu)、且能提取極值檢測電路中電容所積累的電荷的能力，實現(xiàn)了能量俘獲系統(tǒng)接口電路的自供電。
　　2.對所提出的自供電同步電荷提取電路進行了優(yōu)化與改進，提出了一種自供電的同步電荷提取電路的優(yōu)化設計，(Self-Powered Optimized Synchronous Charge Extr

4、action circuit,SP-OSCE)，通過減少SP-OSCE電路能量俘獲過程中晶體管的數(shù)量，減小了晶體管閾值壓降造成的能量損耗，有效提高了能量俘獲效率。搭建了壓電能量俘獲系統(tǒng)物理實驗平臺對SP-OSCE電路進行了實驗驗證。實驗結(jié)果表明，SP-OSCE電路的輸出功率是標準能量俘獲電路的3.03倍。與公開的技術(shù)相比，具有輸出功率高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小等優(yōu)點。
　　3.根據(jù)WSN節(jié)點供電的實際需要，結(jié)合所設計的SP-OSCE電路