شماره 46 - بهار 1396
ICNS7
شماره 47-تابستان 1396
فهرست

استحصال انرژی بوسیله شارژ پمپ مبتنی بر ترانزیستورهای تک الکترونی

نشریه: شماره 44- پاییز 1395 - مقاله 5   صفحات :  33 تا 39



کد مقاله:
44-05

مولفین:
تیمور قنبری
تیمور قنبری: دانشگاه شیراز - دانشکده فناوریهای نوین
مجتبی ایاز: دانشگاه فردوسی - دانشکده برق


چکیده مقاله:

در این تحقیق یک مبدل DC-DC افزاینده ولتاژ، با بازدهی بالا مبتنی بر شارژ پمپ برای برداشت انرژی از منابع کم توان ولتاژ پایین پیشنهاد شده است. کلیدهای استفاده شده در این ساختار از نوع ترانزیستورهای تک الکترونی می باشند. ترانزیستورهای تک الکترونی ادواتی نوظهور در الکترونیک قدرت هستند که چشم اندازهای جدیدی را برای الکترونیک قدرت در مقیاس نانو باز نموده اند. نرخ تونل زنی سریع، تلفات هدایتی و سویچینگ بسیار کم و نیز قابلیت بالای مجتمع سازی این سویچها، آنها را برای استفاده در مبدلهای با فرکانس سوسچینگ بالا و در مقیاس نانو مناسب نموده است. در صورت بکارگیری آنها در مبدلهای DC-DC افراینده، با ولتاژ گیت مناسب می توان ولتاژهای ورودی بسیار پایین را نیز تقویت نمود. در مبدل پیشنهادی با استفاده از ترانزیستورهای تک الکترونی، امکان تقویت ولتاژها و توانهای پایین با بازدهی بالا فرآهم شده و قابلیت ساخت مبدل بصورت خود درایو در ابعاد بسیار کوچک محقق شده است. نتایج شبیه سازی ساختار پیشنهادی در محیط MATLAB/SIMULINK نشان می دهد که این مبدل قادر است ولتاژهای بسیار کم را تقویت نموده و در توان های ورودی بسیار کم بازدهی بالایی داشته باشد.


Article's English abstract:

In this paper, a DC-DC boost converter with high efficiency based on charge pump is proposed for energy harvesting from low-voltage and low-power resources. Single Electron Transistor SET is utilized as power electronic switches in this structure. This type of transistor opens new perspectives for power electronic in Nano-scale. Having inherently fast tunneling rate, low conduction and switching losses, and high integration capability makes them suitable for the converters with high-frequency switching in Nano-scale. In a DC-DC boost converter in which SET is utilized, with a suitable gate voltage level, one can boost input voltage with very low levels. The proposed converter with SET can be utilized for processing very low powers with low level voltages as a self-derive and low-scale converter. The simulation results in MATLAB/SIMULINK confirm that the converter can boost very low voltages and harvest very low power with high efficiency.


کلید واژگان:
ترانزیستورهای تک الکترونی، مبدل DC-DC افزاینده ولتاژ پایین، برداشت انرژی، شارژ پمپ

English Keywords:
Single electron transistors, Low voltage DC-DC boost converter, Energy harvesting, Charge pump.

منابع:

English References:
1. Liang Gaowei; Zhou Jiemin; Huang Xuezhang; Liang Gaowei; Output characteristics analysis of thermoelectric generator based on accurate numerical model. IEEE conference on power and energy engineering(APPEEC),1-4, 2010. 2. S-E. Adami; N. Degrenne; C. Vollaire; B. Allard; F. Buret; F. Costa; Autonomous ultra-low power DC/DC converter for microbial fuel cells. 18th IEEE International Conference on Electronics, Circuit and Systems (ICECS) 398-401, 2011. 3. S-E. Adami; V. Marian; N. Degrenne; C. Vollaire; B. Allard; F. Costa; Self-powered ultra-low power DC-DC converter for RF energy harvesting. IEEE Conference on Fiable Tension Fiable Consommation (FTFC), 1-4, 2012. 4. D.R. Brennan; O. Mostaghimil; K.V. Vassilevski; N.G. Wright; A.B. Horsfall; Novel SiC Self Starting DC-DC Converter for High Temperature Wireless Sensor Nodes. IEEE Conference on sensors, 1-4, 2012. 5. M. Ayaz; E. Farjah; T. Ghanbari; An Efficient Power Supply for Wireless Sensor Networks through Environmental Energy Harvesting. The 4th Iranian Conference on Renewable Energy and Distributed Generation, 1-6, 2016. 6. N. Degrenne; F. Buret; F. Morel; S-E. Adami; D. Labrousse; B. Allard; A. Zaoui; Self-starting DC:DC boost converter for low-power and low-voltage microbial electric generators. IEEE Conversion Congress and Exposition (IECCE) , 889-896, 2011. 7. M. Ayaz; E. Farjah; T. Ghanbari; A Novel Self-starting Ultra Low-power and Low-voltage Two-stage DC-DC Boost Converter for Microbial Energy Harvesting. IEEE International Conference on Power Electronics, Derive Systems and Technologies (PEDSTC), 498-502, 2015. 8. J. W. Kimball; T. L. Flowers; P. L. Chapman; Issues with low-input-voltage boost converter design. IEEE Conference on Power Electronics Specialists, vol. 12, 2152-2156, 2004. 9. X. Cao; W-J. Chiang; Y-C. King; Y-K. Lee; Electromagnetic energy harvesting circuit with feedforward and feedback DC–DC PWM boost converter for vibration power generator system. IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 22, No. 2, 679-685, 2007. 10. Y.K.Ramadass; A. P. Chandrakasan; A battery-less thermoelectric energy harvesting interface circuit with 35 mV startup voltage. IEEE J. Solid-State Circuits, Vol. 46, No. 1, 333–341, 2011. 11. A. Meehan; H. Gao; Z. Lewandowski; Energy Harvesting With Microbial Fuel Cell and Power Management System. IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 26, No. 1, 176-181, 2011. 12. S. Carreon-Bautista; A. Eladawy; A. N. Mohieldin; E. Sanchez-Sinencio; Boost converter with dynamic input impedance matching for energy harvesting with multi-array thermoelectric generators. IEEE Trans. Ind. Electronics. accepted for publication in future. 2014. 13. Stephen M. Goodnick; J. Bird; Quantum-Effect and Single-Electron Devices. IEEE Trans. Nanotechnology, Vol. 2, No. 4, 368–385, 2003. 14. Monika Gupta; A Study of Single Electron Transistor (SET). International Journal of Science and Research (IJSR), Vol. 5, 474–479, 2016. 15. Gurinder pal Singh; Balwinder Raj; Single Electron Transistor Theory: A Review. IEEE Conference on Emerging Trends in Computing, Communication and Nanotechnology (ICECCN), 95-99, 2013. 16. A. Kumar; D. Dubey; Single Electron Transistor: Applications and Limitations. Advance in Electronic and Electric Engineering, Vol. 3, No. 1, 57–62, 2013. 17. Y. S. Yu; H. S. Lee; and S. W. Hwang; SPICE Macro-Modeling for the Compact Simulation of Single Electron Circuits. Journal of the Korean Physical Society, Vol. 33, 1-14, 1998. 18. G. Palumbo; D. Pappalardo; Charge Pump Circuits: An Overview on Design Strategies and Topologies. IEEE Circuits and Systems Magazine, Vol. 10 No. 1, 31–45, 2010. 19. J. Kim; C. Kim; A DC–DC boost converter with variation-tolerant MPPT technique and efficient ZCS circuit for thermoelectric energy harvesting applications. IEEE Trans. Power electronics, Vol. 28, No. 8, 3827-3833, 2013.



فایل مقاله
تعداد بازدید: 556
تعداد دریافت فایل مقاله : 12



طراحی پرتال|طراحی پورتالطراحی پرتال (طراحی پورتال): آرانا نتورک