面向压电能量收集的低功耗降压式能量转换存储电路研究

摘要

压电能量发生器的开路电压通常为一个高的交变电压,但产生的功率较低.为了将较低的输出功率高效率地存储到能量存储器中,本文研究了一种面向压电能量收集的低功耗降压式转换存储电路.该降压式转换存储电路采用的是同步降压拓扑结构并使用高端驱动方式来驱动转换电路中开关管.针对不同的压电开路电压,转换存储电路能够自适应地通过微控制器产生不同脉冲宽度调制信号来控制开关管,从而实现转换电路的最大功率点追踪.微控制器大部分时间都工作在最低能耗的休眠模式以减少转换存储电路的平均功耗.该降压式转换存储电路还具备自启动功能.经过降压转换的输出电能储存在超级电容或可充电锂电池中,以供无线传感器等负载使用.文中通过理论分析研究了开关管控制方式,并通过仿真和实验验证了降压式转换存储电路的可行性.实验结果表明,所设计电路可以对输出功率低至50μW的压电能量进行收集,微控制器的平均功耗可低于10μW.