南京邮电大学 集成电路科学与工程学院， 南京 210023
为了降低谐振频率，实现多方向收集和提高输出性能，提出了一种4π圆弧螺旋压电能量收集器。通过分析器件尺寸与输出性能之间的关系来提高器件性能，将优化后的模型进行COMSOL仿真，分析振动位移、应力以及谐振频率。相对于2π圆弧螺旋压电能量收集器，4π圆弧螺旋压电能量收集器具有更低的谐振频率和更高的输出电压。4π圆弧螺旋压电能量收集器的谐振频率为48 Hz，输出电压达到12.3 V，输出功率达到400 μW。
4π圆弧螺旋 压电能量收集器 输出电压 谐振频率 4π circular arc spiral piezoelectric energy harvester output voltage resonant frequency
强激光与粒子束
2023, 35(6): 064001
南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210003
提出了一种新型组合螺旋压电能量收集器。该收集器的底部是直角螺旋结构,顶部是圆弧螺旋结构,圆弧螺旋结构固定在直角螺旋结构的质量块上。通过旋转圆弧螺旋结构90°,可以得到四种结构,角度分别为0°,90°,180°,270°。直角螺旋结构的设计可以降低谐振频率,而圆弧螺旋结构的设计不仅可以降低谐振频率,还可以使整体结构进行多方向能量收集,从而提高输出。文章所提到的单个悬臂梁结构的厚度为1 mm,宽度为6 mm。通过计算及仿真可得,当两种结构的组合角度为180°时,可以得到最大输出电压为13 V,最大输出功率为1.3 mW。
直角螺旋 圆弧螺旋 压电能量收集器 输出电压 输出功率 right angle spiral arc spiral piezoelectric energy harvester output voltage output power
1 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
2 电子科技大学 广东电子信息工程研究院, 广东 东莞523808
介绍了一种适用于多相交错开关电容功率转换器的静态模型。分析了电容与电容之间的电荷传递行为,将开关电容功率转换器中的电荷再分配损耗和开关导通损耗等价地描述为电荷传递子过程的电压损失。该模型可以简便、准确地描述任意开关频率下开关电容功率转换器的等效输出电阻。同时,运用了一种新的“比例电流近似”方法,建立了带电流负载时的电荷传递模型,用以描述和分析负载和输出去耦电容对电容功率转换器静态特性的影响。相比于传统模型,提出的模型在中等开关频率下能准确地描述开关电容功率转换器的静态特性,同时能准确地描述多相交错控制中开关电容功率转换器的输出电压纹波。
开关电容功率转换器 建模 输出电压纹波 多相交错控制 功率集成电路 switched capacitor power converter modeling output voltage ripple multi-phase interleaving control power IC
对比分析了不同结构的传统多值基准输出缓冲器, 提出了一种新颖的多值基准输出缓冲器结构。采用PMOS输出结构提高了输出电压摆幅, 利用低输出阻抗结构加快了瞬态响应速度, 解决了传统结构无法兼具高输出与快响应的矛盾, 电路功耗低、易补偿。基于0.15 μm标准CMOS工艺, 用Hspice软件对电路进行仿真。仿真结果表明, 当电源电压为5 V、温度为25 ℃时, 输出电压上限可达4.82 V; 当补偿电容取3 pF时, 相位裕度达到86°; 当输入电压为1.2 V、输出电压为4.5 V、输出电流扰动变化量为100 nA时, 瞬态响应时间为4 μs; 静态电流仅为7 μA。
基准输出缓冲器 多值基准 输出电压上限 瞬态响应速度 reference voltage output buffer multivalued reference voltage output voltage upper limit transient response speed
电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 6100054
提出了一种采用单周期输出电压预测(SCOVP)技术的自适应导通时间(AOT)控制Buck变换器。该变换器可以在输入输出电压及负载变化时实现频率恒定, 并可设置外部电阻使Buck变换器准确工作在高开关频率下。首先分析了传统AOT控制Buck变换器的开关频率产生漂移的原因, 并提出了一种采用SCOVP技术的单脉冲计时器(OST)电路。其次通过单周期占空比预测输出电压信息, 并根据预测的输出电压和负载电流补偿TON时间, 实现了Buck的频率稳定。该变换器采用0.18 μm BCD工艺进行电路设计。仿真结果表明, 在2 MHz开关频率下, 负载电流从1 A到5 A变化时, Buck变换器的最大频率变化ΔfSW仅13 kHz, 负载平均频率变化ΔfSW/ΔILoad为3.24 kHz/A。同时, 变换器频率设置准确度从88%提升到99.35%。
AOT控制 Buck变换器 单周期输出电压预测技术 adaptive constant on time control buck converter single cycle output voltage prediction
1 常州大学 机械与轨道交通学院,江苏 常州 213164
2 中国科学院 声学研究所噪声与振动重点实验室,北京 100190
3 中国科学院大学 物理科学学院,北京 100049
4 中国科学院 自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室,北京 100190
传声器作为一种常见的声-电信号能量转换器已广泛应用于各行各业。压电传声器因具有防水、防尘、功耗低及高信噪比等优点而应用广泛。为了提高传声器中压电传声器在低压下的灵敏度, 该文设计了一种基于同心圆环电极的压电传声器。对圆形压电片表面的全涂覆电极进行离散化设计, 分离出4对独立电极。根据理论分析及COMSOL仿真模型设计发现, 4对电极输出端的串联级联可使传声器的输出端电压提高3倍以上。
压电传声器 同心环电极 串联电极 高输出电压 piezoelectric microphone concentric ring electrodes series electrodes higher output voltage
1 清华大学 土木工程系, 土木工程安全与耐久教育部重点实验室, 北京 100084
2 北京科技大学 国家材料服役安全科学中心, 北京 100083
该文以PZT-5H为代表的d33模式压电换能器为研究对象, 推导实际开路输出电压与荷载频率的关系, 并分析考虑了介质损耗影响的必要性。通过设计验证性试验, 并采用有限元模拟法, 分别在不同换能器结构(单片和多片堆栈)、不同荷载幅值、不同加载频率条件下验证预测值与试验值的吻合程度。结果表明, 压电陶瓷实际开路输出电压在低频荷载条件下随荷载频率的增大呈非线性增长, 而在高频荷载条件下随荷载频率增长缓慢, 理论公式预测值与试验值吻合良好。该文推导的压电陶瓷开路输出电压公式可用于实际压电陶瓷开路输出电压的预测分析。
PZT-5H压电陶瓷片 实际开路输出电压 介质损耗分析 荷载频率 有限元模拟 PZT-5H piezoelectric ceramics actual open circuit voltage dielectric loss analysis loading frequency finite element method
上海理工大学上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
太阳能电池(photovoltaic, PV)长时间暴露在阳光下会使其表面温度迅速升高, 从而降低其输出电压。为降低太阳能电池板的表面温度, 对太阳能电池板背面装载的热电制冷器(thermoelectric cooler, TEC)进行了研究, 测试其在不同室温下对太阳能电池板输出性能的影响。研究表明: 当不含 TEC且环境温度分别为 26 ℃、 29 ℃、 33 ℃时, 太阳能电池板的实验最大输出电压分别是 2.32 V、2.25 V、2.20 V; 加载 TEC之后, 在上述环境温度下太阳能电池板的最大输出电压分别为 2.54 V、2.59 V、2.47 V, 输出电压分别增加 9.4%、15.1%、12.3%。因此在太阳能电池板中加载热电制冷器既可以增大输出电压, 又可以避免因温度升高而降低太阳能电池板的寿命。
太阳能电池 热电制冷器 环境温度 输出电压 solar cell thermoelectric cooler ambient temperature output voltage
1 北京工业大学 北京光电子技术实验室, 北京 100124
2 电子科技大学 中山学院 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 中山 528400
为了深入研究氮化镓薄膜的压电效应和机械特性, 基于气体直接吸收红外辐射的原理, 将基于氮化镓悬空隔膜的充气微腔红外传感器项目作为背景, 以氮化镓/铝镓氮薄膜作为敏感单元, 在材料力学以及压电效应方面, 采用有限元分析软件ANSYS 14.0进行了理论分析和验证, 取得了薄膜形状、厚度和面积等尺寸与压电薄膜输出电压以及薄膜灵敏度的逻辑关系数据, 验证了薄膜力-电信号转换机制可行性。结果表明, GaN薄膜材料具有良好的压电特性以及线性度, 有助于对探测器输出信号进行准确的预测, 并进行温度补偿, 突出GaN材料在应用中的优势。此研究对设计性能良好、灵敏度高的微腔红外传感器是有帮助的。
薄膜 输出电压 机械应力 压电效应 thin films output voltage ANSYS 14.0 ANSYS 14.0 mechanical force piezoelectic effect
