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
- Tez No: 633298
- Danışmanlar: PROF. DR. HALUK KÜLAH
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Piezoelektrik enerji üreteçleri kullanılarak ortam titreşimlerinden enerji üretmek, mikro-elektronik cihazların kendi kendilerine çalışmalarını sağlamak için umut verici bir çözüm sunar. Enerji üreteçlerinden güç elde etme işlemi genellikle sürekli şarj gerektiren piezoelektrik kapasitansa bağlı olarak performansları kötü bir şekilde etkilenen tam-köprü doğrultucularla gerekleştirilir. Literatürdeki doğrusal olmayan anahtarlama teknikleri, standart AC/DC dönüştürücülerinde karşılaşılan problemlerin üstesinden gelir. Bununla birlikte bu devreler, iyi bir güç dönüşüm verimliliği ve çıkış gücü elde etmek için büyük harici bileşenlere ihtiyaç duyarlar. Bu, mikro fabrikasyon üretimi olan kablosuz sensör ağlarındaki minyatürleştirme eğilimini engeller ve uygulama alanlarını sınırlar. Bu çalışmanın amacı, MEMS piezoelektrik dönüştürücülerden enerji toplayabilen ve elektronik yüklere güç sağlayabilen düşük profilli otonom bir arayüz devresi tasarlamak ve uygulamaktır. Ilk tasarımda, sistem hacmini azaltmak için yeni SSHCI tekniğini kullanan bir düşük hacimli tamamen otonom arayüz devresi önerildi. Optimal dönüşüm süresini algılayabilen yeni iki-aşamalı voltaj dönüştürme işlemi, SSHCI devresinde voltaj dönüştürme amacıyla kullanlan bobinin boyutunun mikro-H aralığına sağlar. Bu yöntem, sistem hacmini önemli ölçüde azaltır. Üretilen devre (IC), ideal tam-köprü doğrultuculara göre 6.14x çıkış gücü iyileştirmesi sağlar ve %90.1 güç dönüşüm verimliliği elde edilebilir. Ikinci tasarımda, çıkış gücünün 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 üretecinin 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-Hs 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
- Formation control of autonomous vehicles: Design and experimental evaluation
Otonom araçlar için formasyon kontrolü: Tasarım ve deneysel değerlendirme
UĞUR MERTCAN ÖZMARANGOZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KLAUS WERNER SCHMIDT
- 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
2012
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
- 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
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN SEZER
- Deep learning based fully autonomousnetwork intrusion detection system
Derin öğrenme tabanlı tam otonomağ giriş tespit sistemi
ZAID FARHAN DAKHIL DAKHIL
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. OSMAN NURİ UÇAN
- 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
2006
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi ÜniversitesiSistem ve Kontrol Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. LEVENT AKIN