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电气工程与系统科学 > 系统与控制

arXiv:2507.12163 (eess)
[提交于 2025年7月16日 ]

标题: 集成开关电容阵列与同步电荷提取的压电能量收集自适应混合MPPT

标题: Integrated Switched Capacitor Array and Synchronous Charge Extraction with Adaptive Hybrid MPPT for Piezoelectric Harvesters

Authors:Pramit Karmakar, Siddharth B, Chinmay Murlidhar Kadnur Rao
摘要: 能量收集技术将在下一代电子系统的发展以及可持续基础设施的发展中发挥基础性作用。 在能量收集中,一个关键挑战是利用环境振动来收集能量。 压电 能量收集,利用环境振动,是能量收集中的一种有前景的技术,也是一种自供电技术。 然而,它面临一些实际挑战。 这些挑战包括带宽窄、非线性和阻抗不匹配等。 本文提出了一种新颖的模拟压电能量收集(PEH)框架,以解决其中一些挑战。 所提出的模型设计为对压电能量收集固有的非线性具有适应性和有效性。 该详细模型涵盖非线性压电体、同步电荷提取(SECE)、混合最大功率点跟踪(MPPT)和开关电容阵列(SCA)。 SECE每次在压电体达到机械极值时提取压电体上积累的最大电荷。 Bouc-Wen模型已被用于建立系统的非线性。 混合MPPT相比传统的P&O有显著改进,而SCA调谐系统在应对变化的频率输入方面表现出弹性。
摘要: Energy Harvesting technologies will play a fundamental role in the development of the next generation of electronic systems as well as in advancing the development of sustainable infrastructure. One of the critical challenges in EH is utilizing ambient vibrations to harvest energy. Piezo Energy Harvesting, which uses ambient vibrations, is a promising technology in energy harvesting and a self-powered technology. However, it suffers from several practical challenges. Some of these challenges include narrow bandwidth, non-linearity, and impedance mismatch, among others. This paper presents a novel, simulated Piezo Energy Harvesting (PEH) framework that addresses some of these challenges. The proposed model is designed to be adaptive and effective against the inherent non-linearity of PEH. This detailed model covers a non-linear piezo, Synchronous Electric Charge Extraction (SECE), Hybrid Maximum Power Point Tracking (MPPT) and a Switched Capacitor Array (SCA). The SECE extracts the maximum charge accumulated on the piezo every time the piezo reaches the mechanical extremum. The Bouc-Wen model has been used to establish nonlinearity in the system. The hybrid MPPT exhibits significant improvement over conventional P&O, while the SCA-tuned system demonstrates resilience against variable frequency input.
主题: 系统与控制 (eess.SY)
引用方式: arXiv:2507.12163 [eess.SY]
  (或者 arXiv:2507.12163v1 [eess.SY] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.12163
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Pramit Karmakar [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 16 日 11:46:31 UTC (5,214 KB)
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