A series-SSHI-Phi interface circuit for piezoelectric energy harvesting with 163% improvement in extracted power at off-resonance

能量收集 电感器 电容器 压电 阻抗匹配 材料科学 带宽(计算) 电阻抗 宽带 电子工程 功率(物理) 电气工程 计算机科学 工程类 物理 电压 电信 量子力学
作者
Chi-Huan Chen,Hung-Chen Chen,Yu-Shyang Huang,Ping-Hsuan Hsieh,Pengguang Wu,Yu‐Hsiang Shu
标识
DOI:10.1109/asscc.2016.7844127
摘要

This paper presents the design and implementation of a series-SSHI-phi interface circuit for piezoelectric energy harvesting with improved operating frequency range. Adopting a nonlinear switching architecture, complex impedance matching can be achieved at off-resonance by introducing delay into switching timing. A buck-boost converter following the rectifier is used for resistive-load emulation and energy transfer. Implemented with a 0.25-μm CMOS HV process, experimental results with a commercially available piezoelectric device show a 56.1% improvement in 3-dB bandwidth compared to conventional series-SSHI interface. Furthermore, a 163% improvement in extracted power is demonstrated with -2% of frequency mismatch. When vibrating at resonant frequency of 126.7 Hz with 0.5 g acceleration and a 1.1-g tip mass, the harvester is able to extract 165 μW after considering the 12 μW of control power.

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