A Self-Adapting Synchronized-Switch Interface Circuit for Piezoelectric Energy Harvesters

作者
Salar Chamanian,Ali Muhtaroğlu,Haluk Külah
出处
期刊:IEEE Transactions on Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:35 (1): 901-912 被引量:39
标识
DOI:10.1109/tpel.2019.2910410
摘要

This paper presents a self-adapting synchronized-switch harvesting (SA-SSH) interface circuit to extract energy from vibration-based piezoelectric energy harvesters (PEHs). The implemented circuit utilizes a novel switching technique to recycle optimum amount of harvested charge on piezoelectric capacitance to strengthen the damping force, and simultaneously achieve load-independent energy extraction with a single inductor. Charge recycling is realized by adjusting extraction time, and optimized through a maximum power point tracker based on charge-flipping dissipation. The circuit has been implemented using 180 nm HV CMOS technology with 0.9 × 0.6 mm2active area. Self-adapting SSH circuit has been validated with both macro-scaled and MEMS PEHs with different inductor values. The interface circuit provides maximum energy extraction for the full storage voltage range of 1.8-3.7 V. The implementation harnesses have 500% more power compared to an ideal full-bridge rectifier, and output 3.4 μW for 2.24 V peak-to-peak open-circuit piezoelectric voltage from MEMS PEH excited at its resonant frequency.

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