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微纳电子学研究院张海霞教授课题组在摩擦发电机电源管理研究中取得重要进展
 
 
作者 佚名 摘自 未知 发表 2017-06-14 16:06:18 人气 1211 背景色 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色) 字号   

日前,北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院张海霞教授课题组利用LC振荡原理研制出适用于摩擦发电机的高效通用电源管理方案与系统。相关研究成果以《适用于摩擦发电机的高效率电源管理系统与电荷提升方案》(High Efficiency Power Management and Charge Boosting Strategy for aTriboelectric Nanogenerator)为题, 2017年5月被纳米科学技术领域重要期刊《纳米能源》(Nano Energy)接收(DOI, 10.1016/j.nanoen.2017.05.063,http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285517303518);信息科学技术学院张海霞教授为本文通信作者,2014级博士研究生程晓亮为论文第一作者。

摩擦发电机由于自身内阻较大,因此对现有电路直接供电难以达到阻抗匹配,效率也非常低下,是限制其实用化的一大因素。该工作从理论分析摩擦发电机的内部阻抗模型出发,首先采用串联开关的方式,在短路情况下实现开路电压与短路电流同步输出,从而获得摩擦发电机单周期的最大输出能量。在此基础上采用LC振荡原理,1/4周期内完成能量从摩擦发电机内部电容到电感的转移,达到高能量转移效率。基于以上原理,该工作成功搭建了相应的能量管理模块,使用该模块对4.7mF电容充电的能量存储效率相比于标准模块提升最多达2600倍,交直流功率转换效率高达72%,并且适用于不同模式的摩擦发电机。利用该能量管理模块,在手指按压,滑动过程中,即可成功驱动商用电子模块的实时工作,包括持续照明的LED灯、电子计算器、计步器以及电子手表等。该工作不仅从原理上提出了适用于摩擦发电机电源管理的新思路与方案,同时搭建了一种通用、高效的能量管理模块,清除了摩擦发电机未来实用化的一大障碍,是本领域的一大突破。

此项研究得到国家自然科学基金、国家重大科学研究计划、北京市科技计划、北京市自然科学基金等项目的支持。


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