压电能量收集技术是将环境振动转换为电能的技术,主要应用于无线传感器网络和便携式设备的自供能解决方案。随着技术的发展,这类技术已经广泛研究了十多年。压电转换器能够收集与环境振动相关的能量。由于压电能量收集系统的收集功率范围在微瓦到毫瓦级,这对于一些无线传感器网络应用是适合的。 在压电能量收集系统中,功率调节电路扮演着重要角色。经过精心设计的电路能够将能量收集能力提高数倍。本文介绍的同步三重偏置翻转电路是一种实际实施的方法,它是通过感应电流路由网络实现的,该网络由六个MOSFET开关控制。相对于现有的界面电路,同步多重偏置翻转(SMBF)模型一般化了性能,并为未来电路的演化提供了前景。在所有理想的SMBF衍生方案中,平行同步三重偏置翻转(P-S3BF)电路在成本和效能之间做出了最佳的折衷。本文所介绍的P-S3BF电路的实际实施,对其稳态操作原理进行了详细分析,以增强压电能量收集。同时,也阐明了瞬态行为,以突出新电路的自适应特性。 目前,存在很多不同的功率调节电路设计。例如,标准桥式整流器电路通常用于将交流电(AC)转换为直流电(DC)以供电子设备使用。但在压电能量收集应用中,此类传统电路效率并不高。因此,研究者们尝试设计出更为高效的能量收集电路,以提高能量转换率和提升整个系统的能量收集能力。在此背景下,本文作者通过研究P-S3BF电路的实现,对其在压电能量收集中的作用做了深入探讨。 为了实现这一目标,同步三重偏置翻转电路(P-S3BF)的原型被开发出来。这种电路通过一种感应电流路由网络来实现,该网络由六个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关控制。在工作原理上,P-S3BF电路在稳态工作原理的分析中增加了压电能量收集的效率,并对瞬态行为进行了阐述,突出了电路的自适应特性。 实验结果表明,在相同的谐波位移激励下,相较于先进的并联同步开关感测器整流器(P-SSHI)电路,原型P-S3BF电路可以使收集到的最大功率增加24.5%,与标准桥式整流器电路相比,则可以增加287.6%。这样的实验验证进一步确认了同步三重偏置翻转电路在压电能量收集技术中的应用潜力。 总体而言,随着研究的深入,压电能量收集技术能够不断革新,电路设计也在不断进化,以更有效地利用环境振动来为传感器和处理器等电子设备供电。随着技术的进一步发展和电路设计的优化,我们可以预见,压电能量收集技术将在未来物联网(IoT)及各种便携式设备中扮演更加重要的角色。
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