JSSC 2019第12期Power Management0.18µmEnergy Harvesting

An Efﬁcient Piezoelectric Energy Harvesting Interface Circuit Using a Sense-and-

提出一种高效压电能量收集接口电路，采用感知与设置整流器实现最大功率点跟踪。

0.18-µm CMOS, 0.47-mm² core area, 230-nW active power, 7-nW leakage power

压电能量收集整流器最大功率点跟踪CMOS能量转换效率

▸创新点1：感知与设置整流器（SaS）技术，通过动态感知压电能量采集器（PEH）的输出状态并实时调整整流参数，显著提高了能量转换效率。该方法创新性地解决了传统整流电路在动态负载条件下的效率下降问题，实测显示比理想全桥整流器（FBR）提升512%-541%的功率提取能力。

▸创新点2：最大功率点跟踪（MPPT）算法集成，通过实时优化PEH的工作点，确保在不同振动频率（如85Hz和60Hz）下均能维持最大能量提取。这一系统级创新通过自适应控制逻辑实现，支持宽输入范围（如230nW至7nW泄漏功率），显著提升了系统的鲁棒性。

▸创新点3：多模式自适应架构，可兼容同步开关电感采集（SSHI）和同步电荷提取（SECE）等不同工作模式。该电路创新通过可配置的开关网络和反馈环路，实现了对PEH参数（如电容、谐振频率）的自动匹配，核心面积仅0.47mm²（0.18µm CMOS工艺）。

▸创新点4：超低功耗设计，通过优化动态偏置和亚阈值电路技术，将主动功耗降至230nW，静态泄漏功耗仅7nW。这一性能指标创新使得该电路特别适合自供电物联网设备，在保持高效率（如>80%）的同时延长了系统寿命。

Abstract

Piezoelectric energy harvesters (PEHs) are widely deployed in many self-sustaining systems, and proper rectiﬁer circuits can signiﬁcantly improve the energy conversion efﬁciency and, thus, increase the harvested energy. Various active rectiﬁers have been proposed in the past decade, such as synchronized switch harvesting on inductor (SSHI) and synchronous electric charge extraction (SECE). This article presents a sense-and- set (SaS) rectiﬁer that achieves maximum-power-point-tracking (MPPT) of