Thiết kế và mô phỏng mạch điều chỉnh điện áp thấp (LDO) cho hệ thống thu thập năng lượng bước chân từ cảm biến áp điện

Tóm tắt

Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và mô phỏng một mạch điều chỉnh điện áp rơi thấp (low dropout regulator - LDO) dành cho hệ thống thu thập năng lượng từ chuyển động như bước chân con người, phương tiện giao thông sử dụng cảm biến áp điện sợi nano. Nguồn năng lượng từ cảm biến áp điện có đặc tính không ổn định, với điện áp xoay chiều biến động, tần số thấp và công suất nhỏ. Mạch LDO được thiết kế trên nền tảng Cadence Virtuoso với công nghệ CMOS 45 nm, bao gồm các khối chính như bandgap reference (BGR), error amplifier (EA), buffer, pass FET và khối loại bỏ dòng rò. Kết quả mô phỏng cho thấy, mạch đạt điện áp đầu ra ổn định ở mức 897,4 mV, điện áp rơi 200 mV, hệ số loại trừ nhiễu nguồn đạt 80,9 dB ở tần số thấp và công suất tiêu thụ trung bình khoảng 48,7 mW tại v_in=2 V. Phân tích Monte Carlo với 1000 mẫu xác nhận độ ổn định cao, với độ lệch chuẩn của v_out là 3,4 V và công suất toàn mạch là 0,7 mW. Kết quả này chứng minh tiềm năng ứng dụng của LDO trong các hệ thống Internet vạn vật và thiết bị điện tử công suất thấp.