C.1 Power management for multiple harvesters

Multi-source power management

PhD Student: Joachim Leicht

The goal of this project is the design of a CMOS integrated power management for the combination of multiple micro energy harvesting principles. There are several types of ambient energy sources such as vibration, light, temperature gradients or motion available. Therefore, different micro energy harvesting generators and interface circuits have been developed. In general, each generator and each interface circuit is designed to harvest a certain type of ambient energy efficiently. Typically, the several types of ambient energy sources are not permanently available at the same time. Amultiple input power management which allows the simultaneouscombination ofseveralefficient micro energy harvesting interface circuitsleads to a system with a maximized ambient energy extraction and a higher reliability than a single-source micro energy harvesting system. So, multi-sourcemicro energy harvesting is a consequent next step towards an energy autonomous system such as a self-sufficient wireless sensor node.

Multi-source micro energy harvesting system

Optimized power interface for piezoelectric harvesters

PhD Student: Friedrich Hagedorn

Vibrationsgeneratoren bestehen üblicherweise aus einem Masse-Feder-System und nutzen zur Energieumwandlung ein piezoelektrisches, elektromagnetisches oder elektrostatisches Phänomen. Bei Anregung wird das System sowohl durch die elektrische Energieumwandlung als auch durch die mechanischen Reibungsverluste gedämpft. Die elektrische Ausgangsleistung ist genau dann maximal, wenn die beiden Dämpfungsanteile gleich groß sind. Diesen Fall bezeichnet man auch als Leistungsanpassung. Um den Vibrationsgenerator möglichst nahe dem Leistungsmaximum zu betreiben, ist eine elektronische Wandlerschaltung nötig, siehe Abbildung 1. Für Piezogeneratoren existieren bereits Wandlerprinzipien, welche bei resonanter Anregung näherungsweise das Leistungsmaximum erreichen. Allerdings wird in den meisten praktischen Anwendungen die Anregung des Vibrationsgenerators sehr breitbandig sein. Deshalb ist es Ziel dieser Arbeit, die elektrische Ausgangsleistung frequenzunabhängig zu maximieren.

Abbildung 1: Masse-Feder-Dämpfer-System eines Piezogenerators mit elektrischer Wandlerschaltung und Batterie