Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik Ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: AKIN MERT YILMAZ
Danışman: Haluk Külah
Özet:
Titreşim, ısı ve ışık gibi çevresel enerji kaynakları, enerji toplayıcılar tarafından elektrik enerjisine dönüştürülebilir ve arabirim devreleri (IC) kullanılarak bataryalarda ve süper kapasitörlerde depolanabilir. Enerji hasat cihazının boyutuna ve uygulamasına bağlı olarak, 50 cm3 hacminde bir transdüser, derin submikron teknolojisi ile geliştirilmiş yeni nesil entegre sensörler ve sistemler için yeterli olan mW seviyesinde gücü sağlayabilir. Böylece, enerji toplayıcılar sayesinde sensörlerin ve sistemlerin kapalı ortamlarda şarj ve bakım gerektirmeden çalıştırılması mümkündür. Ancak titreşim kaynaklarının önemli bir kısmı sabit bir frekans ve ivme seviyesinde titreşim üretmez, bu da çok çeşitli ivme seviyelerine (0,4-1.6 g) sahip titreşimlerden güç üretebilen, bant genişliği oranları %20'nin üzerinde olan enerji toplayıcılara ihtiyaç yaratır. Ayrıca, farklı titreşim kaynakları, elektriksel karakteristikleri değişen ve uygulamaya özel enerji toplayıcı tasarımına gerek duyabilmektedir. Farklı enerji toplayıcılardan üretilen alternatif akım elektrik enerjisini depolanabilir enerjiye dönüştürmek için, enerji toplayıcının elektriksel özelliklerine uyum sağlayabilen ve optimum düzeyde enerji toplayan bir entegre devre gereklidir. Bu tez çalışmasının amacı, insan vücudunun hareketlerinden ve mekanik titreşimlerden enerji elde edebilen sistemler tasarlamak ve üretmektir. Tasarlanan hibrit enerji toplayıcı, önerilen frekans yükseltme yöntemini kullanarak 1-2 Hz frekans aralığında ve 0,4-1,6 g ivme seviyesindeki insan vücudu titreşimlerini toplayabilir. Önerilen elektromanyetik enerji toplayıcı (EMET), %28'lik bir bant genişliği oranıyla 1,4 g ivmedeki titreşimler için 22,9-29,7 Hz'lik geniş bir frekans bant genişliğine sahiptir. Deneysel sonuçlar, tasarlanan EMET’in 1 g titreşim ivmesinde, 0,22 (mW/cm3/g2) normalleştirilmiş güç yoğunluğu (N.G.Y.) ile 12,3 mW güç üretebileceğini göstermektedir. Son olarak, TSMC 180 nm teknolojisinde bir arayüz entegre devresi tasarlanmış ve üretilmiştir. Arayüzün alt bloklarının simülasyon sonuçları, önerilen yöntemle enerjinin geniş bir frekans spektrumundan toplanabileceğini ve ilgili sensörler için düzenlenebileceğini göstermektedir.