Circuits intégrés de gestion de puissance pour les dispositifs IoT à récupération d'énergie

Les récupérateurs d’énergie convertissent l’énergie ambiante disponible dans l’environnement en énergie électrique utilisable. La récupération d’énergie peut permettre aux appareils d’internet des objets (IoT) d’être partiellement ou totalement autonomes, réduisant ainsi la fréquence de remplacement des batteries ou permettant à terme un fonctionnement sans batterie. Un défi majeur dans la conception de systèmes de récupération d’énergie est de fournir une alimentation électrique continue et stable à une charge, malgré les caractéristiques défavorables des sources de récupération d’énergie, qui sont souvent imprévisibles, tout en maintenant la consommation d’énergie et la taille du système au minimum. Les systèmes de récupération d’énergie ambiante qui sont présentés dans la littérature varient selon plusieurs facteurs : les types d’énergie à récupérer, les tensions d’entrée et de sortie, la puissance admissible et l’architecture du système de gestion de l’énergie. Pour optimiser les performances du système, le transducteur d’énergie doit fonctionner à sa tension optimale, délivrant ainsi sa puissance maximale disponible. De plus, le contrôle de l’étage de puissance doit être effectué de manière optimale pour réduire les pertes de puissance de commutation. Dans ce travail, on propose d’abord un système intégré de gestion de puissance qui s’interface avec des transducteurs d’énergie ambiante pour permettre l’auto-alimentation, sans batterie, des appareils IoT. L’architecture proposée utilise une commande à hystérésis en conjonction avec un contrôleur du passage à zéro (ZCS) pour réguler la tension de la source d’énergie à son point de puissance maximale et pour fournir une tension de sortie constante de 1, 8 V à la charge via un convertisseur élévateur. Pour extraire un maximum d’énergie de la source dans diverses conditions environnementales, un système de poursuite du point de puissance maximale (MPPT) basé sur la technique tension en circuit ouvert ractionnaire (FOCV) est développé, qui permet au récupérateur d’énergie d’atteindre une efficacité de bout en bout élevée à faibles tensions d’entrée. Également, Le mécanisme de commande proposé fonctionne pour une large plage de résistance équivalente du transducteur d’énergie. Le circuit est conçu et simulé à l’aide d’une technologie FD-SOI de 22 nm. Le système de récupération d’énergie proposé atteint un rendement maximal de 91, 4% avec une plage de tension d’un générateur thermoélectrique de 30 à 500 mV et un rendement maximal de 95, 7% avec une cellule photovoltaïque soumise à un niveau d’éclairement de 30 à 1000 W/m2. En se basant sur ce système, on propose également un autre système pour récupérer l’énergie simultanément de trois sources.