Thermoelectric energy harvesting using a single inductor DC/DC converter employing a negative Dickson multiplier
Küçük Resim Yok
Tarih
2021
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Elsevier
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Thermoelectric energy harvesting is the concept to convert thermal energies in an electric power. For the thermoelectric energy harvesting, a single inductor dc/dc converter using a negative Dickson multiplier is presented in this research. By merging a negative Dickson multiplier into a buck-boost converter, high voltage gain, flexible output tuning, and small power loss are attained by the proposed topology. Moreover, fewer number of switch drivers and simpler switching control are achieved than conventional hybrid boost converters, because the proposed converter with a single inductor has only one transistor switch. Through theoretical analysis, a characteristic investigation is performed regarding an example of the proposed converter with 6 diodes, 6 capacitors, a MOS-switch and an inductor, where simple formulas to clarify the converter characteristics are derived by utilizing a four-port model. Furthermore, we justify the efficacy of the proposed topology by performing the comparison among hybrid dc/dc converters with a single inductor, namely, the hybrid converter using a voltage doubler and the hybrid converter using a Cockcroft–Walton multiplier. In the comparison, computer simulations using a SPICE simulator reveal that the proposed converter achieve the best performance the compared converters. Specifically, the efficiency of the proposed converter with three multiplier stages reaches about 84% when the voltage gain is 6 and the output power is 2 W. Furthermore, some experiments verify the possibility of realization by assembling the proposed converter with three multiplier stages on a printed circuit board (PCB). In laboratory tests, maximum power efficiency of 85% and the maximum voltage gain of 6.4 are measured.
Termoelektrik enerji hasadı, termal enerjileri elektrik enerjisine dönüştürme konseptidir. Termoelektrik için Bu araştırmada enerji hasadı için negatif Dickson çarpanı kullanan tek indüktörlü bir DC/DC dönüştürücü sunulmaktadır. Birleştirerek Bir yükseltici dönüştürücüye negatif bir Dickson çarpanı, yüksek voltaj kazancı, esnek çıkış ayarı ve küçük güç kaybı Önerilen topoloji ile elde edilen Ayrıca, daha az sayıda anahtar sürücüsü ve daha basit anahtarlama kontrolü elde edilir. Geleneksel hibrit boost dönüştürücüler, çünkü önerilen tek indüktörlü dönüştürücü yalnızca bir transistör anahtarına sahiptir. Teorik analiz yoluyla, önerilen 6 dönüştürücülü bir dönüştürücü örneğine ilişkin karakteristik bir inceleme yapılmıştır. diyotlar, 6 kapasitör, bir MOS anahtarı ve bir indüktör; burada dönüştürücü özelliklerini açıklığa kavuşturmak için basit formüller türetilir Dört bağlantı noktalı bir model kullanarak. Ayrıca, önerilen topolojinin etkinliğini karşılaştırma yaparak doğruluyoruz. Tek indüktörlü hibrit DC/DC dönüştürücüler arasında, yani voltaj çiftleyici kullanan hibrit dönüştürücü ve hibrit Cockcroft-Walton çarpanı kullanan dönüştürücü. Karşılaştırmada, SPICE simülatörü kullanan bilgisayar simülasyonları şunu ortaya koyuyor: Önerilen dönüştürücü, karşılaştırılan dönüştürücülerden en iyi performansı elde etmiştir. Özellikle önerilen yöntemin verimliliği üç çarpan kademeli dönüştürücü, voltaj kazancı 6 ve çıkış gücü 2 W olduğunda yaklaşık %84'e ulaşır. Bazı deneyler, önerilen dönüştürücünün üç çarpan aşamasıyla birleştirilmesiyle gerçekleştirilme olasılığını doğrulamaktadır. baskılı devre kartı (PCB). Laboratuvar testlerinde maksimum %85 güç verimliliği ve maksimum 6,4 voltaj kazancı elde edilmiştir. ölçüldü.
Termoelektrik enerji hasadı, termal enerjileri elektrik enerjisine dönüştürme konseptidir. Termoelektrik için Bu araştırmada enerji hasadı için negatif Dickson çarpanı kullanan tek indüktörlü bir DC/DC dönüştürücü sunulmaktadır. Birleştirerek Bir yükseltici dönüştürücüye negatif bir Dickson çarpanı, yüksek voltaj kazancı, esnek çıkış ayarı ve küçük güç kaybı Önerilen topoloji ile elde edilen Ayrıca, daha az sayıda anahtar sürücüsü ve daha basit anahtarlama kontrolü elde edilir. Geleneksel hibrit boost dönüştürücüler, çünkü önerilen tek indüktörlü dönüştürücü yalnızca bir transistör anahtarına sahiptir. Teorik analiz yoluyla, önerilen 6 dönüştürücülü bir dönüştürücü örneğine ilişkin karakteristik bir inceleme yapılmıştır. diyotlar, 6 kapasitör, bir MOS anahtarı ve bir indüktör; burada dönüştürücü özelliklerini açıklığa kavuşturmak için basit formüller türetilir Dört bağlantı noktalı bir model kullanarak. Ayrıca, önerilen topolojinin etkinliğini karşılaştırma yaparak doğruluyoruz. Tek indüktörlü hibrit DC/DC dönüştürücüler arasında, yani voltaj çiftleyici kullanan hibrit dönüştürücü ve hibrit Cockcroft-Walton çarpanı kullanan dönüştürücü. Karşılaştırmada, SPICE simülatörü kullanan bilgisayar simülasyonları şunu ortaya koyuyor: Önerilen dönüştürücü, karşılaştırılan dönüştürücülerden en iyi performansı elde etmiştir. Özellikle önerilen yöntemin verimliliği üç çarpan kademeli dönüştürücü, voltaj kazancı 6 ve çıkış gücü 2 W olduğunda yaklaşık %84'e ulaşır. Bazı deneyler, önerilen dönüştürücünün üç çarpan aşamasıyla birleştirilmesiyle gerçekleştirilme olasılığını doğrulamaktadır. baskılı devre kartı (PCB). Laboratuvar testlerinde maksimum %85 güç verimliliği ve maksimum 6,4 voltaj kazancı elde edilmiştir. ölçüldü.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Thermoelectric energy, Energy scavenging, Negative Dickson multipliers, Buck-boost converters, Power converters, Single inductor circuits, Termoelektrik enerji, Enerji temizleme, Negatif Dickson çarpanları, Buck-boost dönüştürücüler, Güç dönüştürücüler, Tek indüktör devreler
Kaynak
Energy Reports
WoS Q Değeri
Q2
Scopus Q Değeri
Q2
Cilt
8
Sayı
Künye
Eguchi, K., Nakashima, D., Do, W., İshibashi, T. and Asadi, F. (2021). Thermoelectric energy harvesting using a single inductor DC/DC converter employing a negative Dickson multiplier. Energy Reports. 8, 691-698.
