풀 웨이브 정류기 브리지 모듈은 스마트 신발의 전력 시스템 내에서 필수적인 번역기 역할을 합니다. 압전 센서에서 생성된 원시 교류(AC)를 신발 내부 배터리를 충전하는 데 필요한 직류(DC)로 변환합니다. 이 변환 없이는 걷기에서 수확된 기계 에너지를 신발의 전자 장치에서 저장하거나 사용할 수 없습니다.
압전 센서는 압력에 반응하여 변동하는 AC 신호를 생성하는 반면, 배터리는 일정한 DC 흐름만 받아들일 수 있습니다. 정류기 브리지는 이 간극을 메워 수확된 에너지가 낭비되지 않고 효율적으로 저장되도록 처리합니다.
근본적인 비호환성
소스: 압전 AC
압전 센서는 다양한 기계적 압력을 통해 전기를 생성합니다. 사용자가 걷거나 뛸 때, 변화하는 압력은 전기 전류의 방향을 교대로 바꾸어 교류(AC)를 발생시킵니다.
대상: 배터리 DC
스마트 신발의 커패시터나 저장 배터리와 같은 저장 부품은 엄격하게 직류(DC)로 작동합니다. 효과적으로 충전하려면 일정한 극성이 필요합니다.
원시 AC 출력을 배터리에 직접 연결하는 것은 물리적으로 호환되지 않습니다. 장치를 충전하지 못하고 개입 없이는 수확된 기계 에너지를 쓸모없게 만듭니다.
정류기 브리지가 문제를 해결하는 방법
효율적인 파형 변환
이 모듈은 정류 회로를 사용하여 입력을 처리합니다. 센서의 변동하는 AC 신호를 배터리가 수용할 수 있는 형식으로 변환합니다.
"풀 웨이브" 설계를 사용함으로써 모듈은 AC 사이클의 양의 절반과 음의 절반을 모두 캡처합니다. 이는 신호의 절반을 폐기하는 대신 생성된 모든 에너지를 활용하여 효율성을 극대화합니다.
단방향 흐름 보장
정류기는 다이오드의 단방향 전도성을 활용합니다. 이를 통해 전기가 센서에서 배터리로 엄격하게 한 방향으로 흐르도록 합니다.
이는 저장된 에너지가 센서 쪽으로 다시 흐르는 것을 방지하여 수확된 전력을 저장 장치 내에 안전하게 보관합니다.
절충안 이해
맥동하는 출력
정류기는 AC를 DC로 변환하지만, 결과 출력은 완벽하게 매끄러운 선이 아닌 맥동하는 DC입니다.
소스가 변동하는 기계적 압력이기 때문에 변환된 신호는 여전히 강도가 변동합니다. 이로 인해 민감한 전자 부품에 에너지가 들어가기 전에 에너지를 평활화하기 위해 커패시터를 사용하는 경우가 많습니다.
에너지 대 복잡성
풀 웨이브 브리지를 구현하면 간단한 반파 정류기에 비해 회로에 부품이 추가됩니다.
그러나 이러한 절충은 필수적입니다. 에너지 수확 효율의 이점(전체 AC 파형 캡처)은 회로 복잡성의 최소한의 증가보다 훨씬 큽니다.
목표에 맞는 올바른 선택
스마트 신발 프로젝트가 기계 에너지를 성공적으로 수확하도록 하려면 정류기가 시스템의 나머지 부분과 상호 작용하는 방식을 고려하십시오.
- 주요 초점이 최대 에너지 캡처인 경우: 압전 출력에서 에너지 낭비를 방지하기 위해 AC 사이클의 두 절반을 모두 수확하기 위해 풀 웨이브 브리지 설계를 우선시하십시오.
- 주요 초점이 안정적인 저장인 경우: 정류기에서 나오는 맥동하는 DC 출력이 배터리에 도달하기 전에 신호를 평활화하기 위해 커패시터와 쌍을 이루는지 확인하십시오.
풀 웨이브 정류기는 낭비되는 움직임을 사용할 수 있는 전력으로 바꾸는 협상 불가능한 관문입니다.
요약표:
| 구성 요소 | 스마트 신발에서의 역할 | 주요 이점 |
|---|---|---|
| 압전 센서 | 압력에서 AC 생성 | 걷기에서 기계 에너지 수확 |
| 풀 웨이브 정류기 | AC를 DC로 변환 | 전체 사이클을 사용하여 에너지 캡처 극대화 |
| 다이오드 | 단방향 흐름 보장 | 소스에서 에너지 누출 방지 |
| 커패시터 | 맥동하는 DC 평활화 | 민감한 전자 장치 보호 및 충전 안정화 |
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참고문헌
- Santiago Linder Rubiños Jiménez, Genaro Christian Pesantes Arriola. Wearable with integrated piezoelectric energy harvester for geolocation of people with Alzheimer's. DOI: 10.11591/ijece.v14i1.pp497-508
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