基于同步開關(guān)電感技術(shù)的能量回收電路研究.pdf

1、能量回收技術(shù)是無線系統(tǒng)及便攜式電子設(shè)備向微型化和實用化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。在各類能量回收技術(shù)中，振動能量回收技術(shù)因其能量密度大、輸出功率高、易于系統(tǒng)集成化等優(yōu)點，在MEMS應(yīng)用方面得到了迅速發(fā)展。本文基于CMOS集成電路，提出了單級、雙級兩個新的非線性能量回收接口電路，使其成為一種高效、低功耗、集成度高的能量回收系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容和所得到的結(jié)論如下:
　　(1)推導(dǎo)了標準能量收集電路(Standard)、同步電荷提取電路(SECE

2、)、并聯(lián)同步開關(guān)電感電路(P-SSHI)和串聯(lián)同步開關(guān)電感電路(S-SSHI)四種經(jīng)典接口電路的理論回收功率，分析了它們的最大輸出功率與最佳負載匹配范圍。結(jié)果表明，四種經(jīng)典接口電路中P-SSHI電路回收功率最大，而SECE電路回收功率不受負載變化影響。
　　(2)基于并聯(lián)同步開關(guān)電感(P-SSHI)接口電路，設(shè)計了一種單級的高效壓電能量收集芯片。芯片包括P-SSHI電路、控制電路和信號調(diào)理電路。芯片具有開關(guān)控制信號較少、控制電路結(jié)

3、構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。輸出端的設(shè)計能夠有效地抑制回流效應(yīng)，提高了能量收集效率。基于0.5μm CMOS工藝仿真結(jié)果顯示在相同激勵下該芯片收集的最大功率可達178.2μW，是傳統(tǒng)AC-DC整流電路的10倍以上。
　　(3)設(shè)計了一種新的雙級能量回收接口電路，詳細闡明了此接口電路的工作過程，推導(dǎo)了雙級能量回收接口電路的理論回收功率，分析了使能量回收功率最大的控制開關(guān)的最優(yōu)導(dǎo)通時間。此雙級能量回收接口電路不僅回收功率大而且克服了前面單