用于低能量密度能量采集器的電源管理電路研究.pdf

1、隨著技術(shù)的進(jìn)步，無線傳感網(wǎng)絡(luò)正朝著小體積、低功耗、陣列化的方向發(fā)展。作為無線傳感網(wǎng)絡(luò)基本組成部分的無線傳感節(jié)點(diǎn)，其供電問題得到了越來越多的關(guān)注。傳統(tǒng)的供電方式采用電池供電，但由于體積限制，電池所攜帶電量有限，無法滿足長(zhǎng)期供電的需求。無線傳感節(jié)點(diǎn)眾多的數(shù)量對(duì)于電池的更換工作帶來巨大的挑戰(zhàn)，更別說，更換環(huán)境是高溫、高壓等極端環(huán)境。隨著無線傳感節(jié)點(diǎn)的功耗越來越低，采集環(huán)境能量為無線傳感節(jié)點(diǎn)供電的自供電技術(shù)解決了上述問題。目前，采集的主要環(huán)境能

2、量為太陽能、振動(dòng)能、電磁能等。使用換能器采集到的環(huán)境能量無法直接為無線傳感節(jié)點(diǎn)供能，需要設(shè)計(jì)電源管理電路為其提供滿足功耗和電壓要求的直流供給電能。然而，對(duì)于輸出功率較低的低能量密度換能器而言，傳統(tǒng)電源管理電路只能低功率地能量傳輸。這將導(dǎo)致傳輸損耗的能量占總傳輸能量的比例較高，電路的能量傳輸效率低下，大量采集能量被浪費(fèi)。因此，需要為低能量密度換能器設(shè)計(jì)一種新型的電源管理電路。
　　本研究針對(duì)低能量密度換能器設(shè)計(jì)了石英諧振電源管理電路

3、。分析了低能量密度壓電換能器的輸出特性，并建立了低能量密度時(shí)電源管理電路的整流模型，理論解釋了為何低功率能量傳輸存在功率耗散大的問題。同時(shí)，在課題組師兄師姐設(shè)計(jì)的變頻匹配電路與石英諧振儲(chǔ)能電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了石英諧振電源管理電路。電路使用變頻匹配電路將低頻的換能器能量高效地提取出來，并將其頻率搬移至石英諧振器諧振頻率；高品質(zhì)因數(shù)的石英諧振器將能量低損耗地諧振存儲(chǔ)起來；當(dāng)諧振能量積累到較高水平時(shí)，快速地釋放能量，形成較高功率地能量傳輸。電