Heel wat laagvermogen draadloze sensoren en actuatoren hebben slechts enkele microwatts vermogen nodig. Microvermogen generatoren die temperatuurverschillen, licht of beweging omzetten in elektrische energie worden hiervoor ontwikkeld. Ze kunnen dienen als een compacte en eindeloze bronvan vermogen. Omdat ze omgevingsenergie omzetten, varieert zowel het gegenereerde vermogen als de spanning. Hierdoor is deze energie echter niet direct geschikt als voedingsbron voor een circuit. Er is bovendien eenoptimaal werkingspunt waar een maximale hoeveelheid elektrische energieaan de generator kan onttrokken worden. Daarom is het nodig om het gegenereerde vermogen om te zetten.In dit werk worden compacte ontwerpen bestudeerd die het variërende vermogen gegenereerd door de verschillende types microvermogen generatoren efficiënt kunnen omzetten en opslaan in een batterij.Een circuit voor vermogenbeheer geoptimaliseerd voor thermoelektrische generatoren werd gerealiseerd. Het bestaat uit een capacitieve spanningsconverter en een controlecircuit dat het werkingspunt van de thermoelektrische generator optimaliseert. De globale efficiëntie is maximaal 58%, het controlecircuit verbruikt slechts 2.1µW.In de volgende stap werd het controlealgoritme geoptimaliseerd om nog efficiënter te kunnen werken met een groter aantal thermoelectrische generatoren. Dit ontwerp kan 10 tot 1000µW omzetten met een maximale efficientie van 70%.
An increasing number of very low power wireless sensor nodes and actuators requires only a few microwatts of energy. Micropower generators, such as thermoelectric generators, photovoltaic cells, and motion harvesters, are being developed to provide them with a compact, endless power supply. As environmental energy is converted, the generated electrical power and voltage vary and an optimal operation point exists where maximum electrical power is extracted. The power is not directly suited as a power supply for circuits. Therefore, a power management circuit is required. This work studies compact designs that enable efficient conversion of the fluctuating power while taking into account the properties of each type of micropower generator. A power management circuit optimized for very low power thermoelectric generators is presented. It contains and integrated Dickson charge pump and a controller to optimize the operation point of the thermoelectric generator. The overall efficiency goes up to 58 % when converting 17 µW, the controller consumes only 2.1 µW. In the next step, the control algorithm is optimized for a more efficient operation with thermoelectric generators of different sizes. This design can convert 10 - 1000 µW with a maximum efficiency of 70 %.
|