压电式能量收集器中能量提取电路的研究进展

详细介绍了国内外研究人员针对压电式能量收集器提出的各种能量提取电路,并分析了各种电路的实现原理与工作过程.从能量转换效率的角度,对几种不同的能量提取电路进行了对比分析,在此基础上,介绍了最新改进的能量提取电路结构.总结了压电式能量收集器中能量提取电路的未来发展趋势和方向.     

一种经皮能量传输电路的设计方法

给出了经皮能量传输电路的基本结构。分析了体内能量接收电路、体外能量发射电路,重点突出了作为体外发射电路驱动的E类放大器的原理。结合电路分析,提出了经皮能量传输电路的详细设计方法,以及基于此方法的一个电路设计实例。     

微弱能量收集电路技术的研究现状与发展趋势

随着物联网的发展和无线传感器网络的广泛使用,以电池为主的供能方式弊端日渐显露,微弱能量收集因其诸多优点而得到了极大重视.介绍了目前微弱能量收集电路技术研究的现状,对目前的微弱能量收集电路技术进行了分析,阐述了多种微弱能量的收集,介绍了目前高效率的微弱能量收集电路的设计模式.结合目前微弱能量收集电路的优缺点,展望了能量收集电路技术未来的研究趋势和方向.     

一种低功耗的微弱能量收集电路设计

为了实现高效率地收集环境中的各种微弱能量,设计了一种低功耗的微弱能量收集电路。采用LTC3588-1电源管理芯片为核心的电压变换电路、LTC4071充电控制芯片为核心的充电控制电路、TPL5100为核心的定时器电路搭建低功耗微弱能量收集电路,设计的电路能够将收集到的微弱能量转换为电能存储到锂电池或者提供给负载供电。实验结果表明,设计的低功耗微弱能量收集电路实现了微弱能量的收集,能量收集电路自身平均功耗低至182μW,验证了收集微弱能量给无线传感器网络节点供能的可行性,电路因低功耗、低成本等优点,具有应用前景。     

一种新型PWM逆变器吸收电路

针对传统开关管吸收电路(RCD)存在自身消耗能量大,造成开关管温升加快,使用寿命降低等问题,提出了一种新型无源无损软开关吸收电路(Lossless Passive Soft-switching Snubber,LPSSS),解决了传统吸收电路自身的能量损耗,同时实现了能量回收。理论分析了逆变电路中IGBT关断过程中过电压产生的原因,以及RCD型吸收电路和新型LPSSS电路的工作原理。通过LPSSS吸收电路在逆变器中的分析可知LPSSS电路在IGBT关断过程中对浪涌电压dv/dt的有效抑制,同时最大程度地降低了吸收电路的能量损耗,实现了能量反馈,提高了能量转换效率。仿真分析表明,开关管的过电压降到了5.2%左右,验证了LPSSS电路的有效性和适用性。     

一种自感知型电感同步开关能量采集电路

电感同步开关能量采集(SSHI)电路可显著提高压电式振动能量采集装置的工作效率,然而其开关控制需要外接传感器和控制器。为此,文中提出了一种自感知电感同步开关能量采集电路(SS-SSHI),可完全不依赖外部检测和控制设备,仅通过模拟电路即可自动实现SSHI电路开关的自动开闭和电压翻转。本文阐述了SS-SSHI电路的工作原理,分析了SS-SSHI电路工作状态及功率变化。理论和实验研究表明使用SS-SSHI电路能够显著的提高能量采集效率,相比于标准能量采集电路(SEH),最大输出功率可提高99.23%。     

多压电输入无相位滞后的同步电荷提取电路研究

当前,大多数压电能量采集电路是针对于单压电元件(PZT)输入的.实际应用中,为获得更多能量,压电俘能器(PEH)往往配备有多压电片输出,如何对多输入PEH的电荷进行高效提取已经成为研究热点.本文提出了一种无相位滞后的高效多输入同步电荷提取电路MI-SECE(Multi-Input Synchronous Electric Charge Extraction circuit),主要由整流桥、峰值检测电路、电压过零检测电路、传输控制电路和Buck-Boost电路组成.通过有源峰值检测电路和电压过零检测电路,MI-SECE可准确捕捉压电元件电压达到峰值的时间,并减小其与开关动作时间的相位差,从而提高能量提取效率.实验验证表明:MI-SECE电路能够显著提高能量采集效率,能量采集效率高达90.01％,并且可以同时从多个PZT中提取能量.     

自供电压电电磁混合能量俘获电路

在能量俘获电路设计中,采用混合能量俘获可提高电路输出功率和可靠性,但存在需要外加电源、控制电路复杂等问题。针对压电和电磁能俘获,本文在基于同步翻转电荷提取的结构基础上,提出了自供电压电电磁混合能量俘获电路(Dual Source-Synchronous Inversion and Charge Extraction, DS-SICE)。电路工作原理如下：在振动的正半周期,压电电压达到峰值时,利用电磁能作为辅助对压电上的电压进行翻转;在振动的负半周期,采用同步电荷提取结构(Synchronous Electric Charge Extraction, SECE),提取压电片和电磁发电机的能量。所提出的DS-SICE电路在增加输出功率的同时,减少了负载依赖性,实现了两者能量源的协同作用。仿真和实验测试结果表明,所提出的电路可以实现压电振动能和电磁能的同步采集。较之于标准能量俘获电路最大输出功率,电路的效率提高2.7倍,并且降低了对负载的依赖性。     

一种可植入光遗传电路中无线供电抑制EMI方法

提出了一种无线可植入光遗传硬件结构。在光遗传实验过程中,生物体体外采用磁谐振式无线能量技术对体内电路进行供电;然而在无线能量传输（WPT）过程中需要借助磁耦合将发射端电能转化成高频磁场,磁场是无线能量传输系统传输电能的介质,其带来的电磁辐射（EMI）问题将对于生物体安全带来威胁;因此,设计了一种改进的展频和谐波抑制无线能量供电电路。首先介绍了系统的工作原理,然后采用电路理论分析了该电路的特性,并设计了发射端与接收端电路并进行了仿真,最后设计了硬件电路样机并在实验环境下按照植入式供电电路电磁兼容标准进行了验证。实验结果表明,所设计的系统能够有效抑制EMI,并能持续稳定对体内植入电路有效供电。     

基于 ＦＮＯＶ￣ＭＰＰＴ 的多压电输入无整流桥的能量采集电路的研究

环境能量俘获中压电振动能量采集的接口电路设计已成为近几年研究的热点之一。串联同步开关电感S-SSHI(Series Synchronous Switch Harvesting on Inductor)接口电路作为一种常用的能量采集接口电路。只有当负载阻抗与压电元件(PZT)输出阻抗匹配时,才能获得最大能量转换效率。针对以上问题,本文提出了一种无分时开路电压法的最大功率跟踪Fractional Normal-Operation Voltage Maximum Power Point Tracking (FNOV-MPPT)控制电路用于S-SSHI接口电路的最大功率跟踪,与传统的分时开路电压法相比,无需断开PZT与负载端的连接,在S-SSHI接口电路正常工作期间进行最大功率跟踪,其效率最高可达97%。采用的极值检测电路只用四个三极管和一个检测电容,降低了电路功耗。同时本文所提出的电路具有很好的扩展性,可以通过一个FNOV-MPPT控制电路的方式进行多PZT能量同时采集。     

离散制造业能源模型及约束关系研究

为精细管理离散制造业能源,实现离散制造业节能降耗,针对离散制造业能源消耗分散、产品能耗统计困难的问题,建立了能源模型,包括能源需求模型、能源采购模型、能源存储模型、能源使用模型、能源分配模型和能耗核算模型。在此基础上研究了能源模型与制造过程的约束关系。开发了包括能源管理工具、能耗分类核算工具和能耗分析工具的离散制造业能源信息管理原型系统,并设计了相应的离散制造业能源数据库,使企业可以对能源使用进行精确、高效地管理。最后通过企业的应用表明了该工具有效、实用,并且大大降低了企业经营成本。     

A model of energy systems and its macro-properties

This paper proposes a new mathematical model of energy systems rooted in Odum and Odum's (1976) concepts of energy flows. Models of two types of energy systems have been studied: a composite system with energy supply and consumption sectors, and a competition system with two energy consumption sectors drawing in parallel on the same energy source. Interesting results were obtained as follows : feedback of high quality energy to pump in more energy, and voluntary energy supply are generally effective in stability and growth of the supply-consumption energy system ; saving energy plays an important role in coexistence in the competition system     

石化企业整厂用能优化策略及应用

石化企业生产流程复杂,能量系统包括多种形式的能量转换、不同工艺和单元的能量利用,以及装置或者全厂范围的能量回收利用等.针对石化企业能量系统特点,按照能量演变规律及能量利用的本质,提出了分段递进式协同优化策略.首先进行工艺装置的用能优化,在此基础上进行装置间热联合考虑和换热网络优化等,接着展开罐区和辅助系统的用能优化,以及全厂低温热的综合回收利用,最后优化蒸汽动力系统,在全局范围内实现能量的综合优化利用.通过国内某大型石化企业全厂用能优化验证所提出优化方法的可行性和合理性,节能效果和经济效益明显,投资回收期约2年.     

基于区块链的可信分布式能源共享网络研究

分布式能源共享是能源互联网发展的重要方向,而现有分布式能源供需共享网络普遍存在能源主体间难以达成信任及能源消耗高等问题.在能源共享网络中建立互信机制,基于区块链技术设计可信分布式能源共享网络,利用基于侧链技术的三层网络协同工作链码体系实现网络性能提升和主体隐私保护,通过分布式能源动态调度机制降低能源损耗并提高整体能源利...     

支持嵌入式操作系统的ARM能耗模拟器设计*

常见的嵌入式系统能耗模拟器不支持操作系统环境下的能耗模拟,无法获取操作系统环境下嵌入式软件的能耗模拟数据。针对这个问题,提出支持嵌入式Linux操作系统的ARM能耗模拟器设计。能耗模拟器设计采用基于任务的能耗分析策略,通过利用任务能耗表和函数调用能耗栈机制解决在操作系统环境下能耗模拟遇到的能耗混杂难题,能够准确地模拟每个并发运行程序的能量消耗。实验结果表明,该能耗模拟器能够满足嵌入式操作系统环境下的软件能耗模拟要求。     

认知网络能量感知及伽玛统计模型能量优化算法

为了提升分簇无线传感器网络的能量效率并均衡节点的能量负载,提出了一种认知网络能量感知及伽玛统计模型能量优化算法。首先,该算法提出基于认知无线电的信道能量感知模型,可以得到网络休眠模式和运作模式下网络的能量分布方程。接着,在多个中继网络场景中采用伽玛函数进行网络总能耗分析,并基于次级网络跳数与簇头总能耗关系提出能量优化策略,在均衡簇头能量负载的同时最小化网络总能耗量。实验仿真结果表明,在网络总能量消耗上,所提出的能量优化算法相比基于节能路由方案的认知无线电网络和基于多能量探测器的认知网络,节能效果分别提高了37.6%和12.2%,并且算法采用伽玛函数对网络能量分布的分析具有一定的准确性。     

基于能量流网络仿真的钢铁工业多能源介质优化调配

钢铁工业发展面临能源的严重制约,能源优化调配是钢铁企业系统节能的关键技术之一.从钢铁制造流程物质流能量流耦合特点出发,首先,探讨了基于能量流网络仿真的钢铁工业多能源介质综合优化调配策略;然后,探讨了能量流网络化建模、生产流程与能源系统结合的能源仿真、多能源介质综合优化调配技术;最后,给出了在钢铁企业示范应用的效果.     

Dimensions of Employee Energy and Their Differences: Evidence from Chinese Insurance Companies

The purpose of this research is to explore the structure of employee energy and analyze its differences in demographic variables as well as the differences between groups. The study collected 294 questionnaires of employees in Chinese insurance companies. Confirmatory factor analysis and one‐way analysis of variance (ANOVA) were used in the data analysis. The results showed that employee energy is a three‐dimensional concept that comprises basal energy, growing energy, and behavioral energy. Employee energy only has significant differences on monthly income and the level of positions, and the employees who have high employee energy share the characteristic of both high monthly income and the level of positions. Respondents were divided into four groups: 1) high‐positive‐energy, 2) low‐positive‐energy, 3) low‐negative‐energy, and 4) high‐negative‐energy employees. High‐positive‐energy employees showed the characteristics of high basal energy, high growing energy, and high behavioral energy, showing a feature of plump wings. Finally, this research put forward suggestions to provide a reference for energy management. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.     

A Hierarchical Peer-to-Peer Energy Transaction Model Considering Prosumer’s Green Energy Preference

This paper presents a hierarchical peer-to-peer-energy transaction model (P2P-ETM) considering the renewable energy preference. The model divides the characteristics of energy into normal and green energy. Green energy was assumed to be more expensive than normal energy, and prosumers and consumers considered in this model assumed that they have a preference for this green energy. Prosumer and consumer can trade energy with each other and buy normal and green energy from the main-grid. Prosumer can also sell surplus energy to the main-grid. To solve the energy transaction problem, we present a hierarchical approach considering the energy transaction and prosumers’ goal. The purpose of each prosumer such as energy purchase cost minimization or energy sales maximization for energy transaction is considered in the first step as the self-scheduling of prosumers. After prosumers’ self-scheduling we derive the energy transaction price and energy trading capacity through social welfare maximization. The proposed methodology is tested and validated on a virtual network. Through a case study using mixed integer linear programming (MILP), this model has demonstrated a decrease in the total operation cost in accordance with energy trading.

     

一种能量收集嵌入式系统自适应调度算法

能量收集嵌入式系统(energy harvesting embedded system,简称EHES)的任务调度算法需要考虑能量收集单元的能量输出、能量存储单元的能量水平和能量消耗单元的能耗.实时任务在满足能量约束的条件下,才可能满足时间约束.在这个背景下,传统固定优先级调度算法不再适用于EHES.提出一种基于分组的自适应任务调度算法,它能根据能量收集单元由于能量输出的不确定性而造成的非能量约束情况和能量约束情况,自适应地选择任务调度算法.在非能量约束的情况下,减少任务抢占次数,增强任务的可调度性;在能量约束情况下,减少电池模式切换次数,提高能量存储单元的平均能量水平,从而降低系统能量约束.在一个可进行大范围任务集合仿真的实验环境下对提出的算法进行验证,并将基于分组的自适应调度算法与现有的两个经典算法进行了对比.