一个30纳安静态电流的80纳瓦特到14毫瓦功率范围冲击优化的基于SECE的压电能量收集接口，其收集能量提升420％。
摘要：压电能量收集器（PEH）通常用于将机械能（振动、冲击）转化为电能，以便为工业、生物医学或智能家居应用中的能量自主传感器节点提供电能。非线性提取策略，如同步电荷提取（SECE）、能量投资或感应器上同步切换（SSHI），已经发展出来，以最大限度地提取谐波激励产生的能量。然而，在大多数现今的应用中，振动不具周期性，机械冲击发生的速率是不可预测的。SSH1界面似乎是最合适的用于收集冲击能量的候选方案，因为它在周期性激励下具有出色的性能。然而，SSH1策略在收集冲击时存在固有的弱点，因为存储在压电电容中的投资能量无法回收。在本文中，我们提出一种基于SECE策略的自启动、无电池、0.55mm2集成能量收集界面，该界面经过优化，能在冲击刺激下工作。由于机械冲击的离散性特性，意味着长时间的不活动和短暂的能量峰值，界面的平均消耗通过最小化静态功耗进行优化。因此，设计了专用的节能排序，将静态电流减小到30nA，使得每100s只需一个8μJ的冲击即可提取能量。我们基于SECE的电路的冲击FoM比之前基于SSHI的界面提高了1.6倍。所提出的系统如图1所示，由负电压转换器整流PEH输出电压和由排序电路控制的SECE电源路径组成。排序分为4个阶段，并且与之相关的时间图示如图2所示。在睡眠模式T1中，除了冲击检测（SD）之外，所有模块都关闭。在启动阶段，能量通过冷启动路径存储在CASIC中，增加VASIC。这将逐渐打开SD。接下来，当施加到压电材料上的应力导致VREC增加时，SD会检查电能是否可以从CASIC提取。
作者：Anthony Quelen (CEA-LETI), Adrien Morel (CEA-LETI), Pierre Gasnier (CEA-LETI), Romain Gr''ezaud (CEA-LETI), St''ephane Monfray (ST-CROLLES), Gael Pillonnet (CEA-LETI)
论文ID：1803.07930
分类：Applied Physics
分类简称：physics.app-ph
提交时间：2018-06-24