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Evènement

Titre: Séminaire Armine KARAMI
Date de début: May 19 2017
Heure de début: 10:00
Heure de fin: 12:00
Description: 

Avancées sur les circuits et systèmes pour la récupération d'énergie cinétique par transduction électrostatique
La récupération d'énergie cinétique (REC) est considérée comme une solution prometteuse pour suppléer ou remplacer les batteries alimentant des systèmes électroniques miniatures. En effet, dans certaines applications, le système est soumis à des vibrations par son environnement, qui à son échelle constituent une réserve énergétique inépuisable. La REC s'intéresse à la conception de systèmes miniatures permettant de convertir une partie de cette énergie en énergie électrique, afin d'alimenter le système.

 

Depuis une quinzaine d'années, la communauté des chercheurs s'est intéressée à différentes techniques pour implémenter cette conversion. Parmi elles, le moyen de transduction électrostatique comporte des avantages majeurs (compatibilité avec les procédés actuels de micro-usinage du silicium, compatibilité avec les tissus biologiques, ...). Cependant, les récupérateurs d'énergie cinétique électrostatiques (REC-e) posent un certain nombre de défis à relever, en vue de leur optimisation et de la systématisation de leur conception. Ces défis sont liés à la complexité des interfaces électriques nécessaires à l'optimisation de la conversion, combinée à la dynamique non-linéaire inhérente aux REC-e.

 

Dans cet exposé, on commence par présenter de nouveaux types d'interfaces électriques pour les REC-e, en passant d'abord en revue l'analyse de leur fonctionnement. On en déduit des simplifications conceptuelles permettant la comparaison de ces interfaces dans le domaine électrique, en vue d'optimiser les performances du REC-e. On illustre ensuite l'influence du couplage électromécanique par des exemples expérimentaux, en insistant sur la difficulté d'analyse résultant de la non-linéarité du système. De nouveaux outils semi-analytiques simplifiant l'analyse sont alors présentés, grâce auxquels la comparaison des interfaces électriques peut être étendue au domaine électromécanique. Enfin, on pose formellement le problème de la conversion d'énergie s'approchant des limites physiques, en montrant qu'il requiert de tout nouveaux types de systèmes de conversion d'énergie. A ce sujet, on présente les pistes de réflexion ainsi que les premiers résultats obtenus concernant les problèmes de contrôle posés par ces systèmes dans le cas de la transduction électrostatique. On évoque notamment comment des techniques issues des sciences de l'information peuvent bénéficier à la conception de ces systèmes.

******** ENGLISH ********

Advances on circuits and systems for electrostatic kinetic energy harvesting

 

*** ABSTRACT ***

Kinetic energy harvesting (KEH) is viewed as a potential candidate to replace or assist batteries as microelectronic systems power supply. In some applications, the system is submitted to surrounding vibrations, which constitute an infinite energy reserve at the scale of the microsystem. KEH allows the conversion of part of this surrounding mechanical energy in electrical energy, so as to supply the system.

 

For about fifteen years, researchers have investigated different techniques to implement this conversion. Among these techniques, electrostatic transduction has several advantages (batch-processing, biological compatibility, ...). However, the optimization and systematic conception of electrostatic kinetic energy harvesters (e-KEH) is impeded by the complexity of the interfacing electronics, which are necessary in order to implement optimized converters, combined with the nonlinear dynamics inherent to e-KEHs.

 

In this talk, we first present new interfacing electronics for e-KEH. We briefly analyze their operation, and present some conceptual tools to compare the different state-of-the-art interface circuits for e-KEH in the electrical domain, in terms of the e-KEH performances. Then, we show how the electromechanical coupling influences the dynamics of the e-KEH, emphasizing on the difficulty of the analysis due to the system's nonlinearity. In order to simplify the analysis, new semi-analytical tools are presented. Using these tools, we extend the comparison of the interfacing electronics of e-KEH to the electrical domain. Finally, we present the principle of energy conversion near the fundamental physical limits, showing that its implementation requires completely new types of energy converters. Some preliminary results and current research on this subject are discussed for electrostatic converters. In particular, we mention how techniques from information science can be useful for the conception of these systems.

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