摩擦纳米发电机的输出特性调控及无源电源管理电路的研究

发布时间：2021-09-06 10:46

　　在物联网中,存在着数量巨大且分布广泛的传感器。传统的使用电池供电的方式显示出越来越多的弊端,如寿命有限、维护复杂、难以回收且易对环境造成污染。收集传感器所在位置的机械能,发展自驱动的供能系统是一种有效的能源解决方案。摩擦纳米发电机（TENG）作为一种新型的能源获取方式,可以收集环境或人体运动产生的机械能,并将其直接转化为电能。与电磁感应发电机相比,TENG在收集低频的机械能时具有极大的优势。在物联网的发展与普及过程中,TENG可以作为微型电子器件的电源,与电子器件复合发展自驱动的供电系统。另外其自身也可以作为自驱动的传感器用于环境监测、人机交互、生物传感等。但是,TENG高阻抗的特性使其难以直接为电子器件供电,需要使用电源管理电路（PMC）将TENG中的电能高效的存储在电容或电池中。TENG的输出阻抗一般在1-10MΩ范围内,这与通常PMC的低输入阻抗（kΩ量级）不匹配,导致TENG的能量无法输入到PMC中。在本论文中,基于我们前期在脉冲式摩擦纳米发电机（Pulsed-TENG）方面所做的工作,我们从TENG的输出调控与电源管理两方面进行研究,着力解决TENG与PMC之间的阻抗匹配问题... 

【文章来源】：河南大学河南省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同尺度的能源及应用

的制造过程中，晶体管很容易被静电荷产生的高压放电击穿；在石油、天然气物质的运输过程中，摩擦产生的静电荷通常是其爆炸或引燃的导火索；航空飞荷会干扰无线信号的发射，对安全飞行及人体生命带来极大的威胁；尤其在工静电荷导致的粉尘、气体爆炸的事件时常发生。所以在我们以前的认知里，摩直都被当做一种负面效应。直到 2012 年，王中林院士发明了 TENG，摩擦起被广泛的应用到机械能的采集中[20-27]。TENG 的基本工作原理是摩擦起电与静耦合[19]。摩擦纳米发电机在收集自然环境中低频运动的机械能时具有极大的1.3.2 摩擦纳米发电机的基本模式基于 TENG 的工作原理，研究者开展了深入的研究，发展了四种基本的模式， 所示。分别为垂直接触-分离模式[28-31]、水平滑动模式[32-34]、单电极模式[35-39]和式[40-42]。

) 垂直接触-分离模式图 1-3 所示，将两个不同的背部镀有金属电极的介电薄膜相互叠放在一起摩擦电序列[43]，两个极性不同的薄膜的接触会使其表面分别带上正负电荷由于外加的作用力发生分离时，在薄膜中间产生一个小的间隙，从而在两生感应电势差。在连接外部负载后，电子会从一个电极转移到另一个电极向电势差来平衡静电场。当两个介电薄膜之间的间隙闭合时，由两个薄膜形成的电势差消失，电子发生回流[4]。


本文编号：3387316