Resumen de A Novel CMOS reconfigurable rectifier for wearable piezoelectric energy harvesters

Suany Vázquez Valdés, Raúl Juárez Aguirre, Rosa Woo García, Primavera Argüelles Lucho, Agustín Herrera May, Johan Jair Estrada López, Francisco López Huerta

• español

  Los recolectores de energía para dispositivos portables tienen una aplicación potencial en la conversión de la energía del movimiento humano en energía eléctrica para alimentar dispositivos inteligentes de monitoreo de la salud, de la industria textil, así como de relojes y lentes inteligentes. Estos recolectores de energía requieren circuitos rectificadores óptimos que maximicen sus eficiencias de carga. En este estudio se presenta el diseño de un novedoso rectificador reconfigurable metal óxido semiconductor complementario (CMOS) para recolectores de energía piezoeléctrica portables que puede aumentar sus eficiencias de carga. El rectificador diseñado se basa en la tecnología de proceso CMOS estándar de 0,18 µm considerando un patrón geométrico con un área total de silicio de . El circuito rectificador propuesto tiene dos puertas de transmisión (TG) que están compuestas por cuatro transistores rectificadores con una carga de 45 kΩ, un voltaje mínimo de entrada de 500 mV y un voltaje máximo de 3,3 V. Los resultados de las simulaciones numéricas del funcionamiento del rectificador indican una eficiencia de conversión de voltaje del 99,4 % y una eficiencia de conversión de potencia de hasta el 63,3 %. El rectificador propuesto puede utilizarse para aumentar la eficiencia de carga de los recolectores de energía piezoeléctrica portables.

• English

  Wearable energy harvesters have potential application in the conversion of human-motion energy into electrical energy to power smart health-monitoring devices, the textile industry, smartwatches, and glasses. These energy harvesters require optimal rectifier circuits that maximize their charging efficiencies. In this study, we present the design of a novel complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) reconfigurable rectifier for wearable piezoelectric energy harvesters that can increase their charging efficiencies. The designed rectifier is based on standard 0.18 µm CMOS process technology considering a geometrical pattern with a total silicon area of 54.765 µm x 86.355 µm. The proposed rectifier circuit has two transmission gates (TG) that are composed of four rectifier transistors with a charge of 45 kΩ, a minimum input voltage of 500 mV and a maximum voltage of 3.3 V. Results of numerical simulations of the rectifier performance indicate a voltage conversion efficiency of 99.4% and a power conversion efficiency up to 63.3%. The proposed rectifier can be used to increase the charging efficiency of wearable piezoelectric energy harvesters.