A high voltage triboelectric energy harvesting system utilizing parallel-SSHI rectifier and DC-DC converters for sub-5 Hz motions
5 Hz altı hareketler için paralel-SSHI doğrultucu ve DC-DC çeviriciler kullanan yüksek gerilim triboelektrik enerji̇ hasatlama sistemi
- Tez No: 645402
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞENOL MUTLU, DOÇ. DR. HAKAN DOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
Bu tezde, 1 Hz ile 5 Hz mekanik hareketleri hedefleyen triboelektrik enerji hasatlayıcılar için indüktör (paralel-SSHI) üzerinde paralel senkronize anahtarlama yönteminin ilk entegre devre (IC) uygulaması sunulmaktadır. Her biri 70 V seviyelerini kaldırabilen yonga içiresinde buck ve anahtarlamalı kapasitör DC-DC dönüştürücüler sisteme entegre edilmiştir. Piezoelektrik hasatlayıcıların aksine, triboelektrik nanojeneratörler (TENG'ler) çok yüksek açık devre gerilimleri üretebilir; dolayısıyla, bu tezde önerilen sistem, çıkarılan gücü en üst düzeye çıkarmak için teknoloji sınırları dahilinde kullanılmıştır. Çelik ve politetrafloroetilen (PTFE) kullanılarak kendi laboratuarımızda üretilen bir TENG, 5 Hz altı hareketler için modellenmiştir. Hasatlanan enerji, gerilimi 70 V'a ulaşana kadar harici bir kapasitansta depolanır, bu da arka arkaya üç basma ve bırakma mekanik döngüsüyle elde edilmektedir. 70 ile 2 V aşağı dönüşüm iki aşamada yapılmıştır; 70 V'tan 10 V'a dönüşüm buck dönüştürücü ile ve ardından 10 V'tan 2 V'a dönüşüm anahtarlamalı kapasitör DC-DC dönüştürücü ile gerçekleştirilir. TSMC 0.18 um HV BCD teknolojisiyle, 6.25 mm2 aktif alana sahip bir yonga üretilmiştir. Uçtan uca maksimum verimlilik, 1 Hz'lik hareket için %32.71 olarak ölçülmüştür ve yüke 4 ms için toplam 722 uW güç aktarımı yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the first integrated circuit (IC) implementation of parallel synchronized switching harvesting on inductor (parallel-SSHI) is presented for triboelectric energy harvester targeting 1 Hz to 5 Hz mechanical motions. It is accompanied by on-chip buck and switched-capacitor DC-DC converters, all capable of handling 70 V levels. Unlike piezoelectric harvesters, triboelectric nanogenerators (TENGs) can produce very high open-circuit voltages; thus, the proposed system utilizes this property within the technology limits to maximize the extracted power. An in-house manufactured TENG using steel and polytetrafluoroethylene (PTFE) is modeled for sub-5 Hz motions. The energy is extracted and stored in an external capacitance until its voltage reaches 70 V, which is achieved in three press-and-release mechanical cycles. 70-to-2 V down conversion is carried on by a 70-to-10 V buck converter followed by a 10-to-2 V switched-capacitor DC-DC converter. A chip is manufactured in TSMC 0.18 um HV BCD process with an active area of 6.25 mm2. End-to-end peak efficiency is measured as 32.71% for 1 Hz motion with a 722 uW total power delivery to the load for 4 ms.
Benzer Tezler
- DC-DC buck converter for triboelectric energy harvesting applications
Triboelektrik enerji hasatlayıcı uygulamaları için DC-DC buck dönüştürücü
MUSTAFA BECERMİŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞENOL MUTLU
- Tekstil esaslı triboelektrik nanojeneratörlerin (T-TENG) analizi
Analysis of textile based triboelectric nanogenerators (T-TENG)
NİLAY CAN GÜLGÖNÜL
Doktora
Türkçe
2024
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiTekirdağ Namık Kemal ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİKMET ZİYA ÖZEK
PROF. DR. DERMAN VATANSEVER BAYRAMOL
- TiO2 İnce Filmlerin Yapısal, Elektriksel ve Triboelektrik Özelliklerinin İncelenmesi
Investigation of Structural, Electrical and Triboelectric Properties of TiO2 Thin Films
SERAY ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiRecep Tayyip Erdoğan ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERCÜMENT YÜZÜAK
- Triboelektrostatik ayırıcı tasarım parametrelerinin mineral ayırmada etkilerinin incelenmesi
The investigation of the effects of design parameters of triboelectrostatic separator on mineral separation
TAHSİN ONUR DİZDAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Maden Mühendisliği ve MadencilikHacettepe ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZCAN YILDIRIM GÜLSOY
- Çok katlı ve yay destekli triboelektrik nanogenerator tasarımı
Multi-layer and spring-assisted triboelectric nanogenerator design
ZEYNEP KINAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBingöl ÜniversitesiYenilenebilir Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULKERİM KARABİBER