壓電能量收集器的電源管理ASIC設(shè)計(jì).pdf

1、壓電能量收集的電源管理ASIC（Applied Specific Integrated Circuits）是提高微能源收集效率、能量的可持續(xù)利用的重要器件。為了盡可能高效地提高壓電能量收集器的輸出功率，設(shè)計(jì)具有阻抗匹配特性的超低功耗能量輸出接口電路尤其重要。本論文針對(duì)壓電振動(dòng)能量收集器的輸出特性，重點(diǎn)研究壓電振動(dòng)能量收集器與電源管理電路之間的阻抗匹配以及超低功耗的電壓調(diào)理技術(shù)，設(shè)計(jì)超低功耗壓電能量收集的電源管理ASIC，為實(shí)現(xiàn)自供電的無(wú)

2、線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供完整解決方案。
　　本文首先分析了壓電振動(dòng)能量收集器的電源管理ASIC電路的重要性和可行性，詳細(xì)闡述了現(xiàn)有壓電振動(dòng)能量收集器電源管理技術(shù)ASIC電路的研究現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)；其次，論文針對(duì)實(shí)驗(yàn)室研制的PZT（Lead Zirconate Titanate）五懸臂梁陣列壓電能量收集器，分析了其輸出特性，建立了等效的電學(xué)模型；并在此基礎(chǔ)上，綜合輸出功率、共振頻率、輸出電壓及最優(yōu)負(fù)載等方面因素，提出了適用于該壓電能量收集器的

3、同步電荷提取電路（Synchronous Electric Charge Extraction，SECE）及其供電機(jī)制，建立了適用于該壓電能量收集器的能量管理機(jī)制，然后設(shè)計(jì)了超低功耗的電壓調(diào)理電路，其輸出電壓可為后續(xù)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行供電。論文采用Cadence Spectre軟件基于無(wú)錫華潤(rùn)上華公司（CSMC）0.18um CMOS工藝對(duì)本文所設(shè)計(jì)的壓電能量收集電源管理ASIC電路進(jìn)行了性能仿真，確定了用于能量收集的同步電荷提取電路

4、能量收集效能，即在10s內(nèi)對(duì)49uF儲(chǔ)能電容可從0V充電至5.2V，能量轉(zhuǎn)換效率為54.75％，5-10s內(nèi)所收集的能量為傳統(tǒng)全波整流電路對(duì)應(yīng)時(shí)間所收集到能量的3.15倍。所設(shè)計(jì)的電源管理電路靜態(tài)電流僅為3.25uA，電路能夠驅(qū)動(dòng)50mA的大負(fù)載電流，在負(fù)載電流為3.17mA時(shí)，電路工作效率為95.2%。仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的電源管理ASIC電路具有較高的能量收集效率和較好的負(fù)載供電輸出能力。針對(duì)壓電能量收集器輸出特性，研究了超低功