ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Print ISSN: 1727-2769    Online ISSN: 2658-3747
English | Русский

Последний выпуск
№3(40) июль-сентябрь 2018

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДИОДОВ НА РАБОТУ СХЕМЫ ЭМГ НА ОСНОВЕ ДУПЛИКАТОРА БЕННЕТА

Выпуск № 2 (27) апрель-июнь 2015
Авторы:

Драгунов Валерий Павлович,
Доржиев Виталий Юрьевич
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1727-2769-2015-2-57-68
Аннотация
В статье проводится математическое моделирование работы схемы электростатического микроэлектромеханического генератора (ЭМГ) на основе дупликатора Беннета с одним переменным конденсатором. Данная схема позволяет за счет преобразования энергии механических колебаний в электрическую энергию осуществлять подзаряд химического источника питания. Основным достоинством схемы является то, что в отличие от большинства схем для подзаряда источника питания она не содержит трудно изготавливаемого по интегральной технологии индуктивного элемента и переключателей, требующих дополнительных схем синхронизации, потребляющих энергию. Проведено моделирование работы схемы с использованием модели идеального диода, которое показало, что в установившемся режиме ток подзаряда источника питания не принимает отрицательных значений – отсутствует фаза разряда источника. Введение в модель диода обратных токов привело к появлению фазы разряда источника питания, которая вызвана компенсацией утечек заряда конденсаторов через запертые диоды. Проведено моделирование работы схемы с учетом емкостей диодов в предположении, что они не зависят от приложенного к диодам напряжения. Получено аналитическое выражение, позволяющее оценить средний ток подзаряда источника питания с учетом обратных токов и емкостей диодов и определить условия, при которых этот ток будет положительным. Показано, что напряжение пробоя диодов ограничивает возможность увеличения тока подзаряда путем увеличения напряжения на элементах схемы.
Ключевые слова: преобразование энергии, МЭМС, микрогенератор, дупликатор Беннета, емкость диода, обратный ток

Список литературы
  1. Roundy S.J. Energy scavenging for wireless sensor nodes with a focus on vibration to electricity conversion: a dissertation submitted in partial satisfaction of the requirements for the degree of doctor of philosophy in engineering-mechanical engineering in the graduate division. – Berkeley: University of California, 2003. – 287 p.
  2. A batch-fabricated and electret-free silicon electrostatic vibration energy harvester / P. Basset, D. Galayko, A.M. Paracha, F. Marty, A. Dudka, T. Bourouina // Journal of Micromechanics and Microengineering. – 2009. – Vol. 19, N 11. – P. 115025/1–115025/12. – doi: 10.1088/0960-1317/19/11/115025.
  3. Chiu Y., Tseng V.F.G. A capacitive vibration-to-electricity energy converter with integrated mechanical switches // Journal of Micromechanics and Microengineering. – 2008. –

    Vol. 18, N 10. – P. 104004/1–104004/8. – doi: 10.1088/0960-1317/18/10/104004.
  4. Electrostatic vibration energy harvester with combined effect of electrical nonlinearities and mechanical impact / P. Basset, D. Galayko, F. Cottone, R. Guillemet, E. Blokhina,

    F. Marty, T. Bourouina // Journal of Micromechanics and Microengineering. – 2014. –

    Vol. 24, N 3. – P. 035001/–035001/14. – doi: 10.1088/0960-1317/24/3/035001.
  5. Драгунов В.П., Остертак Д.И. Микроэлектромеханические преобразователи // Микроэлектроника. – 2012. – Т. 41, № 2. – С. 120–135.
  6. Драгунов В.П., Доржиев В.Ю. МЭМ рекуператоры без разрыва цепи, содержащей индуктивный элемент // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. – 2011. – № 2 (17). – С. 92–101.
  7. Queiroz A.C.M. de. Electrostatic vibrational energy harvesting using a variation of Bennet’s doubler // Proceedings of 53rd IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS 2010), 1–4 August, 2010, Seattle, Washington, USA. – Piscataway, New Jersey: IEEE, 2010. – P. 404–407. – doi: 0.1109/MWSCAS.2010.5548752.
  8. Queiroz A.C.M. de, Domingues M. The doubler of electricity used as battery charger // IEEE Transactions on Circuits and Systems: pt. 2: Express Briefs. – 2011. – Vol. 58,

    iss. 12. – P. 797–801. – doi: 10.1109/TCSII.2011.2173963.
  9. Dragunov V., Dorzhiev V. Electrostatic vibration energy harvester with increased charging current // Journal of Physics: Conference Series. – 2013. – Vol. 476, iss. 1. – P. 012115/1–012115/5. – doi: 10.1088/1742-6596/476/1/012115.
  10. Драгунов В.П., Доржиев В.Ю. Микроэлектромеханический генератор на основе дупликатора Беннета // Нано- и микросистемная техника. – 2012. – № 11. – С. 39–42.
  11. Микроэлектромеханический преобразователь на основе дупликатора Беннета с одним переменным конденсатором / В.П. Драгунов, Д.Ю. Галайко, В.Ю. Доржиев, Ф. Бассэ // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. – 2014. – № 2–3

    (23–24). – С. 67–80.
  12. Electret-free micromachined silicon electrostatic vibration energy harvester with the Bennet’s doubler as conditioning circuit / V. Dorzhiev, A. Karami, P. Basset, F. Marty, V. Dragunov, D. Galayko // IEEE Electron Device Letters. – 2015. – Vol. 36, iss. 2. – P. 183–185. – doi: 10.1109/LED.2014.2387213.
  13. MEMS electrostatic vibration energy harvester without switches and inductive elements / V. Dorzhiev, A. Karami, P. Basset, V. Dragunov, D. Galayko // Journal of Physics: Conference Series. – 2014. – Vol. 557, iss. 1. – P. 012126/1–012126/5. – doi: 10.1088/1742-6596/557/1/012126.
  14. Драгунов В.П., Доржиев В.Ю. Анализ влияния pull-in эффекта на параметры трехэлектродных МЭМС // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. – 2013. – № 2 (21). – С. 87–97.
Просмотров: 943