Geri Dön

Fully autonomous piezoelectric energy harvesting interface circuit utilizing low profile nonlinear switching technique

Düşük profilli doğrusal olmayan anahtarlama tekniğikullanan tam otonom piezoelektrik enerji üreteci arayüz devresi

  1. Tez No: 633298
  2. Yazar: BERKAY ÇİFTCİ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HALUK KÜLAH
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 108

Özet

Piezoelektrik enerji 􏰟üret􏰄eç􏰥leri kullanılarak ort􏰄am 􏰄titreşimlerinden enerji 􏰟üret􏰄mek, mikro-elektronik cihazları􏰣n kendi kendilerine çalışmalarını sağlamak iç􏰥in 􏰈umut􏰈􏰄 v􏰠erici bir çözüm sunar. Enerji 􏰟üret􏰄eç􏰥lerinden güç􏰟􏰥 elde et􏰄me işlemi genellikle sü􏰟rekli ş􏰤arj gerek􏰄tiren piez􏰢oelek􏰄trik kapasit􏰄ansa bağlı􏰣 olarak performansları􏰣 k􏰦􏰄􏰟ötü bir 􏰤şekilde etkilenen tam-k􏰦öprü􏰟 doğrultucularla ger􏰥ekle􏰤􏰄ştirilir. Li􏰄tera􏰄tü􏰟rdeki doğrusal olma􏰅yan anahtarlama teknikleri, standart AC/DC dönüştürücülerinde karşılaşılan problemlerin ü􏰟st􏰄esinden gelir. B􏰈unu􏰈nla birlikt􏰄e bu devreler, iy􏰅i bir güç dönüşüm 􏰠verimliliği ve çıkış gücü􏰟 elde e􏰄tmek i􏰥çin b􏰟􏰅􏰟üyük harici bileş􏰤enlere ihtiyaç􏰄􏰥 d􏰈􏰅uyarlar. Bu, mikro fabrikasyon 􏰟üre􏰄timi olan kablosuz􏰈􏰢 sens􏰦ör ağlarındaki minya􏰅tü􏰄􏰟rle􏰤ş􏰄tirme eğilimini engeller ve 􏰈􏰅uygu􏰈lama alanları􏰣􏰣nı􏰣􏰣 s􏰣ı􏰣􏰣n􏰣ı􏰣􏰣rlar. Bu􏰈 􏰥çalışmanı􏰣􏰣n amac􏰣ı􏰣􏰣, MEMS pie􏰢zoelekt􏰄rik dönüş􏰤türücülerden enerji 􏰄toplay􏰅abilen v􏰠e elek􏰄tronik yü􏰅􏰟klere güç􏰟􏰥 sağlayabilen düşük profilli ot􏰄onom bir arayüz􏰅􏰟􏰢 dev􏰠resi t􏰄asarlamak v􏰠e 􏰈􏰅uyg􏰈ulamaktı􏰄􏰣r. 􏰁Ilk 􏰄tasarımda, sis􏰄tem hacmini a􏰢zal􏰄tmak iç􏰥in y􏰅eni SSHCI 􏰄tekniğ􏰡ini k􏰈ullanan bir düşük hacimli 􏰄tamamen o􏰄tonom arayüz􏰅􏰟􏰢 de􏰠vresi ö􏰦nerildi. Optimal dönüşüm sü􏰟resini algı􏰣lay􏰅abilen 􏰅yeni iki-aşamalı􏰣 v􏰠olt􏰄aj dönüştürme işlemi, SSHCI devresinde voltaj dönüştürme amacıyla ku􏰈llan􏰣lan bobinin boyutu􏰅􏰈􏰄􏰈nu􏰈n mikro-􏰂H aralığına sağlar. Bu􏰈 yö􏰅􏰦nt􏰄em, sist􏰄em hacmini ö􏰦nemli 􏰦ölçü􏰥􏰟de azaltır. Ü􏰌re􏰄tilen devre (IC), ideal tam-k􏰦öprü􏰟 doğrultuculara göre 6.14x çıkış gücü􏰟 iyileştirmesi sağlar ve %90.1 güç dönüşüm verimliliği elde edilebilir. Ikinci tasarımda, çıkış gücü􏰟nün yüke bağımlılığını ortadan kaldırmak için SSHCI ile çalışabilen bir MPPT devresi tasarlanmıştır. SSHCI ve MPPT arasındaki bobin paylaşımı, çalışmaları için aynı düşük profilli bobini kullanmalarına izin verir ve sistemin daha az yer kaplamasını sağlar. Optimum pil voltajının otomatik olarak algılanmasının ara sıra yenilenmesi, sistemi enerji üret􏰄ecinin giriş uyarma değişikliklerine karşı dayanıklı hale getirir. SSHCI-MPPT, yükten bağımsız bir yapı sunarken 5.44x çıkış gücü iyileştirmesi ve %83 güç dönüşüm verimliliğine ulaşır.

Özet (Çeviri)

Energy scavenging from ambient vibration sources via piezoelectric transducers offers a promising solution to power microelectronic devices. Energy extraction from harvesters is conducted with full-bridge rectifiers (FBRs) whose performances are affected harshly due to intrinsic capacitance of harvester requiring continuous charging. Conventional nonlinear switching techniques proposed in literature overcome problems associated with standard AC/DC converters. Nonetheless, they require large external components to achieve decent conversion efficiencies and output powers. This obstructs miniaturization trend in micro-fabricated wireless sensor networks and limits their application area. The aim of this work is to implement a low-profile autonomous interface circuit that can harvest energy from MEMS piezoelectric transducers and deliver power to electronic loads. In the first design, a unique low-cost fully autonomous interface circuit using novel SSHCI technique is proposed to reduce overall system volume. New two-step voltage flipping with optimal flipping time detection enables Synchronized Switch Harvesting on Capacitor-Inductor (SSHCI) circuit to use inductors in the range of tens of 􏰂micro-H􏰆s for voltage flipping. This shrinks system volume significantly. Fabricated IC is able to attain 6.14x output power improvement over ideal FBRs and 90.1% power conversion efficiency. Secondly, maximum power point tracking (MPPT) circuit integrated with SSHCI is implemented to eliminate load dependency. Inductor sharing between SSHCI and MPPT allows them to employ the same low-prolife inductor for operation which decreases system cost. Occasional refreshment of optimum battery voltage sensing makes system invulnerable to input excitation changes of PEH. SSHCI-MPPT achieves 5.44x power extraction improvement and 83% efficiency while providing load independency.

Benzer Tezler

  1. Formation control of autonomous vehicles: Design and experimental evaluation

    Otonom araçlar için formasyon kontrolü: Tasarım ve deneysel değerlendirme

    UĞUR MERTCAN ÖZMARANGOZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KLAUS WERNER SCHMIDT

  2. 3D simultaneous localization and mapping methods in outdoor and large-scale environments for autonomous robot navigation

    Otonom robot navigasyonu için dış ve geniş-ölçekli ortamlarda 3D eş zamanlı konumlama ve haritalama yöntemleri

    CİHAN ULAŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2012

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ

  3. Design and development of novel obstacle avoidance algorithms using the fully autonomous wheelchair platform

    Tam otonom tekerlekli sandalye platformu kullanarak yenilikçi engelden kaçınma algoritmalarının tasarımı ve geliştirilmesi

    HOSEIN HOUSHYARI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. VOLKAN SEZER

  4. Deep learning based fully autonomousnetwork intrusion detection system

    Derin öğrenme tabanlı tam otonomağ giriş tespit sistemi

    ZAID FARHAN DAKHIL DAKHIL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. OSMAN NURİ UÇAN

  5. Design and simulation of a mobile tour-guide robot for museum guidence

    Müzelerde tur rehberi olarak kullanılabilecek otonom hareketli bir robot tasarımı ve benzetimi

    SERDAR SARI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2006

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi Üniversitesi

    Sistem ve Kontrol Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. LEVENT AKIN