多压电输入无相位滞后的同步电荷提取电路研究∗

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(中国计量大学机电工程学院，浙江 杭州310018)

随着物联网的高速发展，低功耗无线传感网络节点成为连接物理世界与互联网之间的关键技术[1]。如何高效的为这些数量庞大的无线传感节点实现长寿命的自我供电已成为目前研究的热点。由于振动能量广泛存在，所以国内外研究人员对环境振动能量采集开展了大量的研究。环境振动能量采集方法一般有3种:电磁式、静电式和压电式，其中压电式振动能量因其具有能量密度高、结构简单、不受电磁干扰、易于集成化等优点而备受青睐[2－3]。

压电式振动能量俘获是利用压电材料的正压电效应，将振动能转换为电能的一种过程。由于压电元件输出的是交流电，因此，在压电元件与负载之间需要具有整流功能的接口电路。最简单的接口电路是标准的能量收集电路SEH(Standard Energy Harvesting)，该电路由整流桥和存储电容组成。但这种电路采集效率低，且采集功率受存储电容电压和负载大小的影响。

为提高能量采集效率，研究者们提出了多种非线性能量采集电路。如Lefeuvre等人[4－6]提出了同步开关电路SSHI(Synchronized Switch Harvesting on Inductor)和同步电荷提取电路SECE(Synchronous Electric Charge Extraction)。而后，许多研究学者对这些策略进行了改进。如Du等人[7]提出了一种新的冷启动SSHI接口电路，该电路动态地增加了压电传感器在冷状态下产生的开路电压，可实现低激励水平下SSHI电路的启动。Li等人[8]提出一种具有并联SSHI整流器和最大功率点跟踪(MPPT)的压电能量采集系统，与理想的SEH电路相比，其能量提取总量增加了417%。……