面向宽带压电能量收集的电路解决方案：一种阻抗分析

在压电能量收集（PEH）系统的研究中，文献表明电路改进对谐振下能量收集能力的增强有显著影响。另一方面，近期一些采用相变量（PV）同步开关技术的研究发现，先进电路方案亦可拓宽收集带宽。然而，现有能量收集电路所能引起的电致动力学范围并未得到恰当的定义与论证。若不使用共同的理论语言，不同电路间的性能比较便无法公平实现。有鉴于此，本文基于阻抗分析，对不同接口电路的 PEH 系统机电联合动力学进行比较。鉴于传统动能收集器理想模型未关注电路方案的可调谐谐振特性，我们首先提出一个更具包容性的理想模型以实现更好的泛化。实践中已证明，实际能量收集电路可达的动态范围仅是理想域的某些子集。在引入理想目标后，我们对 PV 电路方案的可达范围给出了详细定量研究。不同接口电路的仿真与实验结果与理论分析吻合良好。可得出结论：谐振可调谐性强烈依赖于等效阻抗平面无功方向上的可达程度。实践中，机电耦合条件与介电损耗也可能影响谐振可调谐性。本文给出的通用理想模型与定量阻抗分析有助于指导未来面向高性能、宽带 PEH 系统的设计工作。