超低電壓微型無線感測器供電積體電路研究

《超低電壓微型無線感測器供電積體電路研究》是依託杭州電子科技大學，由鄺小飛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超低電壓微型無線感測器供電積體電路研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄺小飛
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

微型無線感測器是未來物聯網時代的神經末梢，它將無處不在並不斷地把感知世界的信息傳遞給信息處理中心。然而，給微型無線感測器供電成了制約它廣泛套用和產業化的瓶頸，因為在許許多多的情況下，如荒郊野外、牆體人體內部等，使用交流電或者電池並不方便甚至不可能。於是，一門新興的積體電路與微機電交叉技術- - 環境能量收集與管理應運而生。環境能量收集與管理技術包括從環境中收集與轉換能量的微機電技術和超低電壓電源啟動與管理積體電路技術，我國在這一領域的研究和產業化尚處於萌芽階段，落後於歐美等已開發國家，因此，本項目針對環境能量收集與管理中的電源管理積體電路技術展開研究，解決其中的極低電壓啟動（幾十mV）、極低功耗工作（總電流10μA以下）、高效率能量轉換（＞80%）等關鍵問題，為我國新一代信息技術和新能源技術及其產業化做出開創性的貢獻。

結題摘要

微小環境能量收集與管理技術是從環境中收集與轉換能量並轉換為微電子器件能使用的直流電源。它在在許許多多的情況下，如荒郊野外、牆體人體內部等，使用交流電或者電池並不方便得到廣泛套用。 微小環境能量收集與管理，主要解決低電壓啟動和低功耗運行以及高效率轉換問題。針對這些問題，我們研究了電源管理晶片從環境中收集能量並轉換成給微電子器件供電的理論和方法，創新性提出了DC—AC-DC的低電壓啟動方式，使得微小的太陽能、溫差電能，轉換成微電子器件能夠使用的低功耗電源；我們研究並設計了一 款極低功耗無片外電容低壓差線性穩壓器晶片，進行了計算機仿真模擬、版圖設計、投片生產及樣片測試，測試結果達到了預期設計目標。 我們研究了無線電能量採集與轉換。針對磁感應無線電能傳輸的效率最大化、電容補償提高傳輸效率、耦合係數與頻率對傳輸效率的影響等問題，給出了取得最大效率的負載阻抗值。 我們探索了振動能量的收集與轉換。針對電磁式微型發電機的輸出電壓進行整流，提出並設計了新型有源整流器，以達到超低輸入電壓、低功耗且高效的目的。提出並設計boost變換器，將上述整流器電壓升高到可以供微型感測器使用。對電路進行了仿真最佳化，仿真結果表明達到了將一個500mV的直流電壓升壓到1.8V的直流電壓的設計目標。