L'utilisation d'un circuit redresseur standard de récupération d'énergie (SEH) en pont complet est l'étape fondamentale pour traduire le mouvement physique en électricité utilisable pour les chaussures intelligentes.
Les éléments piézoélectriques de la chaussure génèrent un courant alternatif (AC) lorsqu'ils sont soumis à une contrainte mécanique lors de la marche, mais les batteries et l'électronique du système dépendent du courant continu (DC). Le redresseur SEH sert de pont, convertissant ce signal AC brut et fluctuant en une tension DC stable qui peut être stockée et utilisée.
Le redresseur en pont complet maximise l'utilité de chaque pas en garantissant que l'intégralité de la forme d'onde AC est convertie en courant continu. Cette configuration est essentielle pour stabiliser l'alimentation et permettre l'intégration parallèle de plusieurs capteurs afin d'augmenter la capture totale d'énergie.
Le défi de conversion principal
Gestion de la sortie piézoélectrique brute
Lorsque l'utilisateur marche ou court, les éléments piézoélectriques intégrés dans la chaussure subissent une contrainte mécanique. Cette déformation physique génère une sortie de tension AC dont la polarité fluctue.
Répondre aux exigences de la batterie
Les composants de stockage d'énergie des chaussures intelligentes, généralement des condensateurs ou des batteries rechargeables, ne peuvent pas accepter de signaux AC bruts. Ils nécessitent strictement un flux DC unidirectionnel pour se charger efficacement.
Le rôle de la conductivité unidirectionnelle
Le circuit redresseur utilise des diodes pour imposer une conductivité unidirectionnelle. Cela garantit que le courant circule vers le dispositif de stockage mais ne peut pas en ressortir, piégeant ainsi efficacement l'énergie récoltée.
Maximiser l'efficacité du système
Capture de la forme d'onde complète
Contrairement aux méthodes de redressement plus simples qui pourraient rejeter la moitié du signal, une configuration en pont complet traite le cycle AC entier. Cela garantit que les fluctuations positives et négatives générées par un pas contribuent à la puissance totale collectée.
Intégration de plusieurs capteurs
Les chaussures intelligentes utilisent souvent plusieurs capteurs piézoélectriques pour capter l'énergie de différentes parties de la semelle. En configurant plusieurs circuits redresseurs SEH en parallèle, le système peut intégrer efficacement ces sorties distinctes.
Stabilisation de la base de charge
Cette configuration parallèle empêche les capteurs d'interférer les uns avec les autres. Elle additionne les contributions d'énergie, fournissant une base de charge stable et maximisée pour l'alimentation du système.
Comprendre les compromis
Gestion des chutes de tension
Bien que les redresseurs en pont complet soient efficaces pour capturer la forme d'onde complète, les diodes introduisent une légère chute de tension. Dans les scénarios de récupération d'énergie à très faible puissance, la perte d'une fraction de volt est une considération qui nécessite une sélection minutieuse des composants.
Complexité vs Rendement
L'utilisation d'une topologie en pont complet nécessite plus de composants qu'un redresseur demi-onde. Cependant, dans le contexte de la récupération d'énergie où chaque microwatt compte, l'efficacité de capture accrue l'emporte généralement sur l'augmentation minimale de l'empreinte du circuit.
Faire le bon choix pour votre conception
La conception de systèmes de gestion d'énergie pour les appareils portables nécessite un équilibre entre l'efficacité de la récupération et la complexité du circuit.
- Si votre objectif principal est de maximiser la puissance totale : Mettez en œuvre des redresseurs SEH parallèles pour agréger l'énergie de plusieurs zones piézoélectriques sans conflit de signal.
- Si votre objectif principal est la stabilité du système : Fiez-vous à la topologie en pont complet pour convertir les pics AC erratiques des pas en une ligne de base DC cohérente pour votre support de stockage.
Le redresseur SEH en pont complet est la solution standard de l'industrie pour transformer la mécanique chaotique de la marche en une source d'énergie fiable.
Tableau récapitulatif :
| Caractéristique | Avantage du redresseur SEH en pont complet |
|---|---|
| Type de conversion | AC en DC (Courant alternatif en courant continu) |
| Utilisation de la forme d'onde | Capture pleine onde (maximise chaque pas) |
| Stockage d'énergie | Permet la charge stable des batteries et des condensateurs |
| Évolutivité du système | Prend en charge l'intégration parallèle de plusieurs capteurs |
| Stabilité de l'alimentation | Fournit une ligne de base DC cohérente pour les appareils portables |
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Références
- Niharika Gogoi, Georg Fischer. Choice of Piezoelectric Element over Accelerometer for an Energy-Autonomous Shoe-Based System. DOI: 10.3390/s24082549
Cet article est également basé sur des informations techniques de 3515 Base de Connaissances .
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