Self-Powered Single-Inductor Rectifier-Less SSHI Array Interface With the MPPT Technique for Piezoelectric Energy Harvesting

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作者
Zhihe Long,Pengyu Li,Jun Chen,Henry Shu-Hung Chung,Zhengbao Yang
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (10): 10172-10181 被引量:33
标识
DOI:10.1109/tie.2021.3139175
摘要

Piezoelectric energy harvester (PEH) arrays are practical solutions to the low and unreliable power output of a single PEH. However, most PEH circuits are developed for addressing the one-channel ac input from a single PEH. In this article, an extensible rectifier-less synchronized switch harvesting on inductor (ReL-SSHI) array interface with the maximal power point tracking (MPPT) function to manage the multiple ac inputs from the PEH arrays is designed. The ac–dc conversion is performed by the ReL-SSHI topology with passive peak switches featured with self-powered characteristic and fast cold-start. Only one shared inductor is employed, greatly reducing the circuit volume and cost. The MPPT module for each channel is implemented by a simple envelope detector and an ultra-low power hysteresis controller and achieves continuous energy extraction by adapting the fractional normal-operation voltage method. A developed discrete array interface able to handle three PEHs effectively executes the MPPT for each channel with the uphill and downhill response speeds of 2.0 and 7.1 V/s, and a maximal MPPT efficiency of 97.1%. This circuit boosts the power output by 485% compared with that by the traditional full-bridge rectifier, around 33% higher than that from existing synchronous electric charge extraction array interfaces.
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