Desarrollo de circuitos electrónicos para la extracción y conversión en energía eléctrica de la vibración aplicada a materiales piezoeléctricos

Abstract

Esta tesis trata sobre los retos que plantea la recolección de energías ambientales debaja potencia para convertirla en fuentes de alimentación de dispositivos electrónicos de bajoconsumo. A diferencia de las energías renovables más comunes, eólica y fotovoltaica, quemanejan importantes niveles de potencia, estas otras energías ambientales pueden llegar agenerar potencias del orden de microvatios o, como máximo, unas decenas de milivatios. Pesea que cuantitativamente puedan ser consideradas fuentes con una aportación energética muylimitada, el beneficio derivado de disponer de sistemas electrónicos autoalimentados de modoindefinido puede llegar a ser muy importante.En el esfuerzo que está suponiendo el desarrollo de estas tecnologías participandiferentes áreas de las ciencias de materiales y la ingeniería. Desde la perspectiva de laingeniería electrónica, las nuevas tecnologías de fabricación microscópicas posibilitan laproducción de componentes con niveles de integración crecientes, funcionalidades másamplias y consumos más reducidos. Estos complejos sistemas integrados empaquetados enuna pastilla intentan ir más allá en su desarrollo al incorporar una unidad interna generadoraque alimente el conjunto. Todo ello con el objetivo final de producir sistemas de sensoreselectrónicos autoalimentados para aplicaciones ubicadas en zonas remotas de difícil acceso ocondiciones ambientales extremas. Los diseños de las unidades internas generadoras se basanen circuitos electrónicos que previamente han sido testados utilizando componentes discretosy que se adaptan convenientemente para su integración en el chip. Es aquí, en este campo delos circuitos de gestión de energía eficientes donde se centra el trabajo de investigación deesta tesis. El objetivo que se plantea en la tesis es analizar, investigar y desarrollar nuevoscircuitos electrónicos que sean útiles para captar las energías ambientales de baja potencia yconvertirlas en energía eléctrica apta para la alimentación de dispositivos electrónicos de bajoconsumo.Se ha hecho un especial énfasis en los circuitos capaces de trabajar con múltiplesfuentes generadoras y que obtengan el máximo rendimiento en la transferencia de energía. Elobjetivo final es obtener mayores niveles de energía, necesarios para alimentar de modoautónomo dispositivos de bajas y medias potencias.La tesis incluye tanto el trabajo de documentación del estado del arte como lasaportaciones propias, validadas en una serie de ensayos experimentales de laboratorio y decampo.