Contributions to energy recovery systems for autonomous devices using variable capacitor.

Nos últimos anos, tem havido uma discussão crescente sobre a recuperação de energia para aplicações em sistemas de baixo consumo. A busca por dispositivos autônomos compactos tem sido cada vez maior. Estes dispositivos têm a capacidade de converter energia do ambiente para se alimentar e são utilizados em aplicações como: sistemas de telemetria, rede de sensores, identificação passiva por rádio frequência, implantes biomédicos, etc. A energia pode ser proveniente de diversas fontes, tais como: das vibrações mecânicas, do vento, do movimento humano, de ondas eletromagnéticas, da luz solar e do calor. Este trabalho centra-se na conversão da energia de vibrações mecânicas em energia elétrica com a utilização de capacitor variável com tecnologia MEMS e transdutor piezoelétrico. A arquitetura do sistema de conversão de energia é objeto de numerosos estudos, na tentativa de se conseguir uma maior quantidade de energia em tamanhos cada vez menores. Em geral, a arquitetura do conversor de energia utilizando capacitor variável é construída a partir de uma bomba de carga que faz a movimentação dos elétrons e de um circuito de retorno de cargas.Para o retorno de cargas, o circuito possui uma chave e um circuito de controle desta chave para determinar o momento em que o retorno deve acontecer. É apresentada neste trabalho uma arquitetura de um circuito para recuperação de energia vibratória de baixa potência utilizando capacitor variável. A arquitetura proposta reduz a utilização do circuito de retorno de cargas diminuindo as perdas de chaveamento e simplificando o circuito de controle, além de conseguir um aumento considerável na recuperação de energia. É destacada, ainda, a arquitetura de um circuito para a chave, que apresenta um desempenho satisfatório e baixo consumo de energia. O circuito de recuperação de energia utilizando cargas eletrostáticas necessita que seus capacitores sejam carregados previamente para que possa funcionar, pois só a partir de uma carga inicial é que o circuito pode recuperar energia. Para solucionar este problema, é introduzido um pequeno gerador piezoelétrico para fornecer apenas a energia inicial que o circuito de recuperação de energia com cargas eletrostáticas necessita. Foi implementado um sistema de recuperação de energia utilizando MEMS e realizadas algumas medições da energia convertida. Verificou-se que o sistema funcionou um longo tempo sem a necessidade de se fazer uma recarga de energia.There has been an increasing debate on energy harvesting for applications in low consumption systems during the last years. The search for compact autonomous devices has been growing in the microelectronics industry. Such devices have the capacity to generate their own energy for their supply and they are used in applications like: distant telemetry system, sensor network, passive identification through frequency radio, biomedical implants, among others. The energy can be harvested by means of several sources, such as: mechanical vibrations, wind, human movement, electromagnetic waves, solar energy and heat. This research focuses on the conversion of mechanical vibration energy into electrical energy with the use of variable capacitor and piezoelectric transducer represented by the MEMS technology. The architecture of the energy harvesting circuit has been object of several studies with the intention to attain a major amount of energy. In general, this architecture is built from a charge pump which moves the electrons and the charge return circuit. For the charge return, the circuit uses a switch and a control circuit of this switch to determine the moment when the return should occur. This study presents a new architecture of a circuit for vibratory energy harvesting of low potency using variable capacitor. The proposed architecture reduces the use of the charge return circuit diminishing the switch losses and simplifying the control circuit as well as obtaining a considerable increase in energy harvesting. The circuit architecture for the switch which presents an optimal performance and low consumption of energy is still emphasized. The energy harvesting circuit using electrostatic charges requires their capacitors to be previously charged so that they can operate. Only from an initial charge is that the circuit can harvest energy. Aiming to solve this problem, it was introduced a small piezoelectric generator to supply only the initial energy that the circuit of energy harvesting with electrostatic charges needs. It was mounted an energy harvesting system using MEMS and some measurements of the converted energy were accomplished. It was noticed that the system worked for a long period of time without the need for energy recharge.Cape