Thermal Energy Harvesting : Booster mit 20 mV Eingangsspannung

Gruber, Juan-Mario; Mathis, Simon

Publication type:	Conference other
Type of review:	Peer review (publication)
Title:	Thermal Energy Harvesting : Booster mit 20 mV Eingangsspannung
Authors:	Gruber, Juan-Mario Mathis, Simon
Conference details:	Embedded Computing Conference (ECC2016), Winterthur, 31. Mai 2016
Issue Date:	2016
Language:	German
Subject (DDC):	621.3: Electrical, communications, control engineering
Abstract:	Thermoelektrische Generatoren (TEG) erzeugen aus Temperaturdifferenzen eine elektrische Spannung. Um auch geringe Temperaturdifferenzen für Energy Harvesting nutzbar zu machen, wurde ein neuer Booster für sehr kleine Eingangsspannungen entwickelt. Der gebaute Prototyp arbeitet unterhalb einer Eingangsspannung von 20 mV und startet ab 40 mV. Damit wird es möglich auch preisgünstige TEGs bei geringen Temperaturdifferenzen für Energy Harvesting einzusetzen um Autarke Sensoren oder Beacons zu betreiben. Thermoelektrische Generatoren erzeugen aus Temperaturdifferenzen elektrische Spannungen im Millivoltbereich. Ein Booster wandelt diese auf ein nutzbares Niveau für Mikrokontroller. Je geringer die Temperaturdifferenz ist, desto niedriger ist die Ausgangsspannung. Heute erhältliche Booster arbeiten bei Eingangsspannungen von wenigen 10 mV nicht oder nur mit geringer Effizienz. In dieser Arbeit wird ein Booster vorgestellt, der mit Eingangsspannungen unter 20 mV arbeitet. Er ist optimiert für den Einsatz in autarken Embedded Systemen mit Low-Cost Peltierelementen als TEG. Der realisierte Prototyp startet ab 40 mV und erreicht bereits bei Eingangsspannungen von 120 mV eine Effizienz von bis zu 74%. Der Wandler besteht aus drei Teilschaltungen. In der Startphase wird Energie durch eine Oszillatorschaltung zwischengespeichert. Sobald genügend Energie vorhanden ist, wird der Hauptregler aktiviert, welcher anschliessend die Wandlung auf 3.6 V Ausgangsspannung übernimmt. Der entwickelte Prototyp wurde mit einem Poweranalyser und verschiedenen TEGs ausgemessen. Für Versuche unter realen Bedingungen wurde ein TEG der Grösse 30x30mm auf einer Laborheizplatte verwendet. Bei 37 mV Eingangsspannung lagen 90 Sekunden nach Inbetriebnahme am Ausgang des Wandlers die eingestellten 3.6 V an. Schon bei geringen TEG-Spannungen von 15.9 mV bzw. 21.6 mV betrug die gemessene Effizienz 32% bzw. 45%. Die gesammelte Energie reicht aus, um ein Embedded System autark zu betreiben, beispielsweise einen autarker Sensor oder sogar einen Stellmotor.
URI:	https://digitalcollection.zhaw.ch/handle/11475/5171
Fulltext version:	Published version
License (according to publishing contract):	Licence according to publishing contract
Departement:	School of Engineering
Organisational Unit:	Institute of Embedded Systems (InES)
Appears in collections:	Publikationen School of Engineering

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Gruber, J.-M., & Mathis, S. (2016). Thermal Energy Harvesting : Booster mit 20 mV Eingangsspannung. Embedded Computing Conference (ECC2016), Winterthur, 31. Mai 2016.

Gruber, J.-M. and Mathis, S. (2016) ‘Thermal Energy Harvesting : Booster mit 20 mV Eingangsspannung’, in Embedded Computing Conference (ECC2016), Winterthur, 31. Mai 2016.

J.-M. Gruber and S. Mathis, “Thermal Energy Harvesting : Booster mit 20 mV Eingangsspannung,” in Embedded Computing Conference (ECC2016), Winterthur, 31. Mai 2016, 2016.

GRUBER, Juan-Mario und Simon MATHIS, 2016. Thermal Energy Harvesting : Booster mit 20 mV Eingangsspannung. In: Embedded Computing Conference (ECC2016), Winterthur, 31. Mai 2016. Conference presentation. 2016

Gruber, Juan-Mario, and Simon Mathis. 2016. “Thermal Energy Harvesting : Booster mit 20 mV Eingangsspannung.” Conference presentation. In Embedded Computing Conference (ECC2016), Winterthur, 31. Mai 2016.

Gruber, Juan-Mario, and Simon Mathis. “Thermal Energy Harvesting : Booster mit 20 mV Eingangsspannung.” Embedded Computing Conference (ECC2016), Winterthur, 31. Mai 2016, 2016.