Simulation and experiments of interface circuits for a magnetically coupled dual-beam nonlinear energy harvesting system under rotational excitation
Abstract
基于旋转激励的能量俘获技术有望实现微电子器件的自供电或续航延长，在智能传感、结构健康监测和物联网等方面具有广阔应用前景。在实际应用中，低功耗的微电子设备往往需要稳定的直流电，而能量俘获系统中的能量转换器件直接输出的电能一般是交流形式，因此，有必要研究能量俘获系统在不同接口电路下的实际输出性能。本文以一种旋转激励下磁耦合双梁非线性能量俘获系统（CNES）为研究对象，开展了三种典型能量俘获接口电路——标准能量收集电路（SEH）、并联同步开关电感电路（P-SSHI）和串联同步开关电感电路（S-SSHI）的仿真与实验研究。介绍了三种典型接口电路的工作原理，并对三种典型接口电路对于不同输入信号的充电过程进行仿真，分析了在周期正弦输入信号和随机信号下接口电路的电压转换特性。搭建了旋转能量俘获结构外接三种接口电路的实验装置，在不同转速和负载电阻条件下，对三种接口电路的输出电压幅值、稳定性及功率特性进行了实验测试与对比分析。实验中观察到：转速为10 rpm时， S-SSHI电路的电压接近1 V，并非常平稳，转速提升到480 rpm时，SEH电路和P-SSHI电路可以实现3 V的平稳直流电输出。结果表明：三种接口电路均能够将输出的交流电压信号转换为微电子设备所需的直流稳定电压，且输出电压的幅值与稳定性随转速升高显著提升；P-SSHI电路在宽转速范围内整体上表现出最高的电压转换效率，而S-SSHI电路在低转速条件下具有更优的电压稳定性，更适用于超低转速能量俘获场景。
Fields of Study & Subjects
Innovative Energy Harvesting Technologies
Advanced Sensor and Energy Harvesting Materials
Energy Harvesting in Wireless Networks
Publication details
- Journal / source
- Scientia Sinica Technologica
- Volume
- 56
- Issue
- 4
- Pages
- 1136–1147
- Publication date
- 11 February 2026
- Language
- EN