程 波, 程 心, 张 章

(合肥工业大学 电子科学与应用物理学院,安徽 合肥 230601)

物联网技术的应用已经渗透到人们生活的方方面面,尤其是军事、环境、医疗、工业及农业等领域,物联网中的大多数无线网络节点都存在自供电问题,能量收集技术是解决该问题的一种方法。传统的可收集能量包括光能、热能及振动能[1],其中,振动能以其高功率密度、高能量转换率等优点在能量收集领域中引起越来越多的关注。研究人员提出许多不同类型的振动能传感器,如静电式、压电式及电磁式。在这些传感器中,压电传感器(piezoelectric transducers, PT)由于具有高稳定性而广泛用于环境振动能量收集。然而,从压电传感器中传导过来的能量是不能直接用于驱动负载电路的,需要接口电路来整流并且储存这些能量。在所有接口电路中,全桥整流器(full-bridge rectifier, FBR)电路是使用最广泛的电路,但是其效率很低、损耗也很大;而与FBR电路相比,并联同步开关电感收集(parallel synchronized switch harvesting on inductor, P-SSHI)电路能够极大地提升能量收集效率,被认为是目前压电能量收集中最有效的接口电路[2-4]。

在压电能量收集系统中,为了保证P-SSHI电路的正常运行,需要一个稳定的直流电源。但是,当系统处于冷态时,可能无法获得稳定的直流电源,这将导致P-SSHI接口电路无法启动,进而导致整个系统无法摆脱冷态。系统冷态是由于系统存储的能量降低到零水平或长时间没有收集能量而造成的。因此,冷启动电路是确保压电能量收集系统正常运行的关键[5],也是实现系统自供电必不可少的一个重要环节。……