Bennet's Doubler-Extended Converter With Optimized Bias for Enhanced Energy Extraction From Triboelectric Nanogenerators

摩擦电效应 电压倍增器 电气工程 材料科学 电容器 工程类 电压 电子工程 电压调节 跌落电压 复合材料
作者
Yirui Su,Youhua Shi
出处
期刊:IEEE Transactions on Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:40 (9): 12026-12030
标识
DOI:10.1109/tpel.2025.3573803
摘要

Bennet's Doubler (BD) significantly enhances the output of triboelectric nanogenerators (TENGs) by alternating two storage capacitors between series and parallel configurations and applying a bias voltage to the TENG. However, challenges such as impedance matching and the risk of breakdown due to excessively high bias voltages can significantly reduce overall output energy, thus decreasing energy conversion efficiency and increasing the risk of unintended electrical discharges. To address these issues, we propose a BD-extended circuit with dual outputs for performance improvement. This design not only considers the breakdown voltage of TENG devices but also enhances efficient energy extraction in a self-powered mode. We evaluated our circuit at excitation frequencies of 1.5 Hz and 3 Hz with load resistance and DC load. At 3 Hz, the output gain with our circuit was up to 2.43 times greater than that achieved with state-of-the-art designs, and obtained the conversion efficiency of 53.49%. Moreover, output gains of 7.67× (at 1.5Hz) and 6.75× (at 3Hz) compared to the maximum output of the FWR, and 9506× (at 1.5Hz) and 2202× (at 3Hz) those of FWRs at a light load with 100KΩ. These results significantly demonstrate our method's effectiveness over existing rectifier designs, presenting a promising approach for implementing TENG-based systems.
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