I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   25 ,   N o .   2 F e b r ua r y   2022 ,   pp.   72 1 ~ 7 3 1   I S S N:  2502 - 4752,   DO I 10 . 11591/i j e e c s . v 25 .i 2 . pp 721 - 7 3 1             721       Jou r n al  h o m e page ht t p: // ij e e c s . iaes c or e . c om   T op ol ogy  n e t w or k  e f f e c t s f o r   d ou b le  sy n c h r on iz e d  sw itc h   h ar v e s t in g c ir c u it on  v ib r a t io n  e n e r gy  h ar ve st in g       Yous s e f   E l   Hm a m s y 1 Chou a ib   E n n awaoui 1 ,   Ab d e l owahed  Haj j aj i 1 , 2   1 L a b o r a t o r y   of  E ngi n e e r in g S c i e n c e s   f or  E n e r g y  ( L a bS I P E ) , N a ti o na S c h oo of  A ppl ie S c ie n c e s , C ho ua ib  D o ukka li  U ni ve r s it y   E l   J a di da , M o r o c c o     2 T h e   H ig he r  S c h oo of   E duc a ti o n a nd F or ma ti o n, C ho ua ib  D o u kka li  U ni ve r s it y , E l   J a di da , M o r oc c o       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve J u l   7 2021   R e vi s e No v   21 2021   A c c e pt e De c   6 2021       E n e rg y   e x t rac t i o n   t ak e s   p l a ce   u s i n g   s e v e ra l   d i ff e r e n t   t ec h n o l o g i e s ,   d e p e n d i n g   o n   t h e   t y p e   o e n e r g y   a n d   h o w   i t   i s   u s ed .   T h e   o b j ec t i v e   o t h i s   p ap e i s   t o   s t u d y   t o p o l o g y   i n fl u e n ce   f o s m art   n e t w o r k   b as e d   o n   p i e zo el ec t ri c   m at e r i al s   u s i n g   t h e   d o u b l e   s y n ch ro n i z ed   s w i t c h   h arv e s t i n g   ( D SSH ) .   I n   t h i s   w o r k ,   h as   b e en   p re s en t ed   n e t w o r k   t o p o l o g y   fo ci r c u i t   D SSH   ( D SSH   St an d ar d ,   In d e p en d en t   D SS H ,   D SSH   i n   p aral l e l ,   m o n o   D SSH ,   an d   D SS H   i n   s e ri e s ).   U s i n g   s i m u l at i o n - b as e d   o n   a   s t ru c t u r e   w i t h   em b ed d ed   p i e z o e l ec t ri c   s y s t em   h arv e s t e rs ,   t h e n   c o m p a re   d i ffe r en t   t o p o l o g y   o c i r cu i t   D SS H   fo k n o w l e d g e   i s   h o w   t o   c o n n ec t   t h e   ci rc u i t   D SS H   t o g e t h e r   an d   h o w   t o   i m p l eme n t   a cc u rat e l y   t h i s   c i r cu i t   s t rat e g y   fo m ax i mi zi n g   t h e   t o t al   o u t p u t   p o w e r.   T h n e t w o rk   t o p o l o g y   D SS H   e x t rac t e d   p o w er  a   t e ch n i q u e   al l o w s   a g ai n   u p   t o   i n   t e r m s   o m ax i m al   p o w e o u t p u t   co m p ared   w i t h   n e t w o r k   t o p o l o g y   s t an d ard   e x t rac t ed   at   t h e   r e s o n an t   fr e q u e n cy .   T h e   s i mu l at i o n   r e s u l t s   s h o w   t h at   b y   u s i n g   t h s ame  i n p u t   p aram e t e rs   t h m ax i m u m   e ff i c i en cy   f o t o p o l o g y   D SSH   i n   p aral l e l   p ro d u ce s   1 2 0 %   m o r e n e r g y   t h a n   t o p o l o g y   D SS H - s e r i e s .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   en e r g y   h arv e s t i n g   b y   m o n o - D SS H   i s   m o r e   t h an   D SS H - s e r i e s   b y   6 5 0 %   an d   i t   h as   e x cee d ed   D SS H - i n d   b y   2 4 0 % .   K e y w o r d s :   Do ubl e   s y nc h r o ni z e s w i t c h   h a r v e s t i n g   E n e r g y   h a r v e s t i n g   Ne t w o r k   to p o l o g y   P i e z o e l e c t r i c   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din A u th or :   Yo us s e f   E l   H m a m s y   L a b o r a to r y   o f   E n g i ne e r i n S c i e n c e s   f o r   E n e r g y   ( L a b S I P E )   Na t i o n a l   S c h o o l   o f   A pp li e S c i e n c e s ,   C h o ua i b   Do ukka l i   U ni ve r s i t y   E l   J a d i d a ,   M o r o c c o   E m a i l e l h m a m s yy o u s s e f @g m a il . c o m       1.   I NT RODU C T I ON   I n   t h e   pa s t   f e y e a r s ,   p i e z o e l e c t r i c   mi c r o - ge n e r a to r s   wh o s e   e ne r g y   i s   de r i ve f r o m   a m b i e n t   vi br a t i o n   h a v e   a   pr o m i s i ng  f ut ur e   i n   a pp l i c a t i o n s   s uc a s   s e l f - po we r i n o f   a b a n do ne s e n s o r   n e t wo r ks   b e c a us e   o f   go o e l e c t r o - m e c h a ni c a l   c o nv e r s i o pe r f o r m a n c e   a n c o m pa t i bil i t y   w i t h   t h e   m i c r o s y s t e m   m a n u f a c t ur i n t e c hn o l o g i e s .   Us i ng  t h e   e n e r g y   h a r v e s t e f r o m   t h e   a m b i e n t   e nvi r o nm e n t   to   p owe r   t h e l e c t r o ni c   de vi c e s   c a n   a v o i e nvi r o nm e n t a l   po l l ut i o n   a n b a t t e r y   r e p l a c e m e n t   pr o bl e m s .   T o da y   c o n s t i t u t e   a   n e f i e l o f   a pp li c a t i o n ,   whi c h   l i e s   b e t we e n   m e c h a ni c s   a n e l e c t r o ni c s ,   f o r   e x a m p l e   t h e   ge n e r a t i o n   o f   u l t r a s o un w i t h   s o na r ,   t r a n s duc e r s   to   m e d i c a l   us e   ( u l t r a s o un d) ,   pos i t i o ni ng   ( a c t ua to r s   a n m o to r s ) ,   ga s   l i g h t e r s   o r   f ue l   i n j e c t o r s   ( di r e c t   i nj e c t i o n   i d i e s e l   e n g i ne s ) .   Gu y o m a r   e al .   [ 1]   pr o p o s e t h e   m o s t   b a s i c   c i r c u i t   to p o l o g y   s y nc h r o ni z e d   s w i t c h   ha r v e s t i n o n   i nduc t o r   ( S S HI ) .   T hi s   a ppr o a c h   a l l o w s   t o   i m pr o v e   o f   t h e   c o up l i ng  c o e f f i c i e n t   o f   th e   e l e c t r o m e c h a ni c a l   s y s t e m   us i ng  p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l s .   I s a v e s   up  t 10  t i m e s   i n   t e r m s   o f   r e c o v e r e e n e r g y .   T h e   t e c hni que   i s   de r i v e f r o m   t h e   s y nc h r o ni z e s w i t c da m p i ng  ( SSD )   s e m i - pa s s i ve   vi br a t i o n   da m p i ng  t e c hni que .   T h e r e   a r e   t wo   c o n f i gur a t i o n s ,   pa r a ll e l   S S HI   a n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   25 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 22 721 - 7 3 1   722   s e r i a l   S S HI .   W h e n   t h e   vi br a t i o n   o f   t h e   vi br a t i n s t r uc t u r e   r e pr e s e n t e by   t he   p i e z o e l e c t r i c   t r a ns duc e r   i s   a t   i t s   m a xim u m ,   t h e   s w i t c h   c l o s e s .   T h e   i n t e r n a l   c a pa c i t a n c e   a n i nduc t a n c e   c o ns t i t u t e   a n   o s c i ll a t o r   c i r c u i t   wh o s e   f r e qu e n c y   m us t   b e   c h o s e n   s m a ll e r   t h a n   t h e   m e c ha ni c a l   vi br a t i o n   f r e que n c y   s o   t h a t   t h e   r e s o n a n t   c i r c u i t   w i l l   a l m o s t   i ns t a n t a n e o us l y   r e v e r s e   t h e   v o l t a ge   o f   t h e   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t   a n t h us   b r i ng  t h e   vi b r a t i o n   s pe e a n t h e   ge n e r a t e v o l t a ge   i n t ph a s e .   M i s t r a l   e al .   [ 2]   c o m pa r e t he   s - S S HI   c i r c u i t ,   t h e   p - S S HI   c i r c u i t ,   a n d   t h e   s t a n d a r c i r c u i t   u n d e r   v a r i o us   o pe r a t i n g   f r e que nc y   c o n d i t i o n s .   I n   t h e   a v e r a ge   c o up l i ng  s t a t e   ( k2QM = 1) ,   t h e   o p t i m u m   r e s o n a n c e   f r e qu e n c y   f o r   p - S S HI   i s   a r o un t h e   s h o rt - c i r c u i t   f r e que nc y ,   t h e   o pt i m u m   r e s o n a nc e   f o r   s - S S HI   i s   a r o un t h e   o pe n   c i r c u i t   f r e que nc y .   Ho we v e r ,   w i t t h e   s a m e   c o nf i gur a t i o n ,   t h e   s t a n da r d   a l t e r n a t i n c ur r e n t   ( AC )   c i r c u i t   h a s   t wo   m a xi m u m s   a t   a   s h o r t - c i r c u i t   f r e qu e n c y   a nd  a t   a n   o pe n   c i r c u i t   f r e que n c y .   Ne v e r t h e l e s s ,   i l o n g - t e r m   o pe r a t i o n ,   t h e   pr o pe r t y   o f   t h e   ha r v e s t e r   ( t h e   r e s o n a n c e   f r e que n c y )   m a y   be   a   c h a n g e   i n   t e m pe r a t u r e   o r   h u mi d i t y ,   w hi c h   l e a d s   t o   de gr a da t i o n   o f   t h e   o pt i m u m   im pe da n c e   o f   t h e   f r e que n c y   a da pt a t i o n .   l o a d - i nde pe n de n t   pr o c e s s i n c i r c u i t   s uc h   a s   L e f e u v r e   e al .   [ 3] ,   p r o p o s e s y nc h r o n o us   e l e c t r i c   c ha r ge   e x t r a c t i o n   ( S E C E )   c a n   a v o i t h e s e   pr o bl e m s .   I ge n e r a l ,   t he   po we r   h a r v e s t e w i t h   S E C E   i s   t i m e s   hi g h e r   t h a n   t h e   s t a n da r t e c hni que   a n i s   c o m p l e t e l y   i nde pe n de n t   o f   t h e   l o a d.   T h e   m a i pr o b l e m   o f   S E C E   i s   t h e   s w i t c h   o n - t i m e   t uni ng  f o r   pe r f e c t   v o l t a ge   c a n c e ll a t i o n .   T hi s   t i m e   m a y   c h a n ge   w i t h   t h e   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a c a pa c i t a n c e   ( t e m pe r a t ur e ,   s tr e s s ,   or   s t a i n   a m p li t ud e ) .   T h e   r e s e a r c h   pr o p o s e a n   o pt i mi z e ve r s i o n   o f   S E C E ,   c a l l e o pt i mi z e s y nc h r o n o us   e l e c t r i c   c h a r ge   e x t r a c t i o n   ( OSE C E )   [ 4 ] - [ 5] .   C a n   be   c o n s i de r e a s   a   hy br i d   b e t we e n   S E C E   ( f o r   l o l o a i m p e da n c e )   a n S S HI   ( f o r   hi g h   l o a i m pe da n c e ) .   T r a n s f o r m e r   r e pl a c e s   t h e   d i o de   b r i dge   w i t h   t wo   pr i m a r y   w i nd i ng s   c o nne c t e t o   t h e   p i e z o   e l e m e n t   w i t h   t wo   o pp o s i n g   u ni d i r e c t i o n a l   s w i t c hi n c e ll s   t r i gg e r e o n   m a xi m u m   a n m i n im u m   v o l t a ge   r e s pe c t i v e ly .     T h e   n o r m a l   to p o l o g y   o f   a l l   s y nc h r o ni z e s w i t c h   h a r v e s t i n ( SSH )   c i r c u i t s   i nc l ud i ng  do ubl e   s y nc h r o ni z e s w i t c h   h a r v e s t i n ( DSS H )   [ 6]   e n ha n c e s y nc h r o ni z e s w i t c h   h a r v e s t i n g   ( E S S H )   [ 7 ] - [ 8] .   T h e   e nh a nc e s y nc h r o ni z e s w i t c h   ha r v e s t i n ( E S S H)   c o nf i gur a t i o n   i s   a c t ua l ly   a i m pr o v e m e n t   o f   t he   DSS t e c h ni que .   T h e   E S S t e c hni que   de pe n d s   o n   t h e   C i n t   i n t e r m e d i a t e   c a pa c i t o r   d o e s   n ot   di s c h a r ge   c o m p l e t e ly   t h r o ugh   t h e   i nduc t or .   T hi s   a m o u n t   o f   e n e r g y   s t o r e i n   C i n t   e ns ur e s   a   be tt e r   c o m pr o m i s e   i s w i t c hi n t i mi ng  b e t we e n   t h e   e x t r a c t e e n e r g y   a n vi br a t i o n   d a m p in g.   I n   a dd i t i o n   t o   Gu y o m a r   t e a m   h a s   r e po r t e s e v e r a l   o t h e r   s w i t c hi n t e c hni que s .   E x a m p l e s   i nc l ude   s y nc h r o ni z e s w i t c h   h a r v e s t i n o n   i n du c to r   us i n m a g n e t i c   r e c t i f i e r   ( S S HI - M R )   [ 9 ] ,   Hy b r i S S HI   a n s y nc h r o ni z e s w i t c hi ng  a n d i s c h a r g i n t o   a   s to r a ge   c a pa c i to r   t h r o ugh   a i nduc t o r   ( S S DC I )   [ 10 ] - [ 12] .   Al l   t h e s e   s t r a t e gi e s   a r e   ba s e d   o n   t h e   r e a l - t i m e   i de n t i f i c a t i o n   o f   t h e   r e s o n a n t   f r e qu e n c y   o f   t h e   vi br a t i n s t r uc t ur e .     I n   t hi s   c o n t e x t ,   to   i m pr o v e   t h e   e x t r a c t e e n e r g y ,   t h e   r e s e a r c h   s t ud y   a n pr o po s e   t h e   b e s t   n e t wor k   to p o l o g y   o f   ge n e r a t or s   p o s i t i o n e a t   di f f e r e n t   l o c a t i o n s   o f   t h e   S HH I   c i r c u i t ,   b ut   m a ny   pr o bl e m s   a r i s e   wh e de p l o y i ng   t h e s e   n o n - l i ne a r   e n e r g y   r e c o v e r y   t o p o l o gi e s   [ 13 ] - [ 15 ] .   T h e y   a r e   b a s e o n   s i g n a l   de t e c t i o n ,   c i r c u i t   f r e qu e n c i e s ,   s w i t c h   o pe r a t i o n ,   o p t i m a l   l o a d.   DSS t e c h ni que   c o n s i s t s   o f   a   n o nl i ne a r   t r e a t m e n t   o f   t h e   o ut p u v o l t a ge   o f   t h e   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t .   I n   a dd i t i o n ,   t h e   a d v a n t a ge   o f   t hi s   a ppr o a c c o m pa r e w i t h   t h e   u s ua s t a n da r t e c hni que   i s   t h a t   t h e   e x t r a c t e p o we r   i s   in de pe n d e n t   o f   t h e   l o a d.   I n   t hi s   wo r i s   t o   pr o p o s e   d i f f e r e n t   n e t wo r to p o l o g i e s   b a s e o t h e   DSS H   t e c hni q ue   t o   e x t r a c t   t h e   m a xim u m   po we r   i n d e pe n de n t l y   o f   t h e   a da pt e f r e que nc y   a n t h e   r e s i s t i v e   l o a o f   t h e   s a m e   s y s t e m   w i t h o ut   l o s s e s .   T he n   t o   s h o t h e   f e a s ibi li t y   o f   s uc h   a   n e t wo r k   a n to  s t udy   t h e   d i f f e r e n t   wa y s   o f   c o n ne c t i n t h e   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t s   whil e   us i n t h e   t e c h ni que   o f   im pr o vi n DSS e n e r g y   e x t r a c t i o n .   T h e   c a s e   o f   a   m u l t i - m o de   p l a t e   s t r uc t ur e   e x c i t e i pu l s e   m o de   i s   c o n s i de r e d.   F i na ll y ,   t h e   d i f f e r e n t   n e t wo r k   to p o l o g i e s   w il l   b e   d e s c r i be d.   T h e   h a r v e s t i n c a pa c i t i e s   o f   t h e   d i f f e r e n t   n e t wor to p o l o g i e s   w il l   b e   pr e s e n t e a n c o m pa r e d.   T h e   go a l s   o f   t h e   n e x t   s e c t i o ns   a r e   to   p r e s e n t   a n us e   a   t h e o r e t i c a l   m o de l   a n s im u l a t i o n   r e s u l t s   to   de m o n s t r a t e   t h e   DSS t e c h ni que   pr e f o r m a nc e   c o upl i ng   w i t h   t h e   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l s   f o r   m e c h a ni c a l   e n e r g y   h a r v e s t i n a pp li c a t i o ns .       2.   T HE ORE T I CA L   AN AL YSI S   AN S YST E M   DE S I GN   2 . 1.     S ys t e m   d e s ign   T h e   e l e c t r o m e c h a ni c a l   b e h a vi o r   o f   t h e   ge n e r a t o r   i s   s t udi e f r o m   s im p li f i e wa y .   I n d e e d,   a r o un t h e   r e s o n a n t   f r e que n c y   o f   t h e   s t r uc t u r e ,   a n i n   t h e   c a s e   o f   a   s m a l l   d i s p l a c e m e n t   f o r   whi c h   t h e   m o v e m e n t   r e m a i ns   li ne a r ,   t h e   p i e z o e l e c t r i c   ge n e r a t o r   c a n   b e   m o de l e d   by   a   " m a s s + p i e z o + s pr i n g+ d a m pe r "   [ 16 ] .   I n   a dd i t i o n ,   t h e   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t   i s   c o up l e to   a   h o s s tr uc tur e .   A   s i m p l e   b ut   r e pr e s e n t a t i v e   m o de li ng  ( c l o s e   to  t h e   r e s o n a nc e s )   o f   s u c h   a   s y s t e m   i s   a   s im p l e   s e c o nd  or de r ,   a s   i ll u s t r a t e by   F i gur e   a n whi c h   f o l l o ws   a   b e h a vi o r   de s c r i b e by   r e l a t i o n   ( 1) ,   wh e r e   u ,   F ,   V ,   a n I   r e s pe c t i v e ly   r e pr e s e n t   t h e   d i s p l a c e m e n t   a a   po i n t   o f   t h e   s t r uc t u r e ,   t h e   a ppl i e f o r c e ,   t h e   v o l t a ge   a n t h e   c ur r e n t   l e a vi ng  t h e   a c t i v e   e l e m e n t   A   m u l t im o da l   M a s s - S pr i n g - Da m pe r   m o de l   i s   u s e to   de s c r i b e   t h e   w h o l e   s t r uc t ur e   i n   F i gur e   2.   C o n s i de r i n g   a n   m   m o de   s y s t e m   w i t n   p i e z o e l e c t r i c   pa t c h e s ,   t h e   m e c h a ni c a l   e qua t i o n s   c a n   b e   wr i t t e n   f o r   e a c h   m o de l .   T h e   go v e r ni ng  e qua t i o n   o f   M m   m o de   a n n t h   p i e z o e l e c t r i c   pa t c h   a r e   g i v e n   i n   ( 1) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       T opology  ne t w or k   e f f e c ts   f or   double  s y nc hr oniz e s w it c har v e s ti ng  c ir c uit   on    ( Y ous s e f   E l   Hm ams y )   723         F i gur e   1.   M e c h a ni c a l   r e pr e s e n t a t i o n   o f   t h e   p i e z o e l e c t r i c   s y s t e m s     F i gur e   2.   T h e   s tr uc t ur e   o f   p i e z o e l e c t r i c   e n e r g y   h a r v e s t e r   a r r a y       T h e   e qua t i o ns   o f   t h e   e l e c t r o m e c ha ni c a l   b e ha vi o r   of   a n   i n t e ll i g e n t   s t r uc t ur e   [ 4] :     ̈ + ̇ + =  + = 1   ( 1)     =  ̇ = 1 0 ̇   ( 1)     M m ,   C m   a n K m   a r e   t h e n   de f i ne r e s p e c t i ve ly   a s   t h e   d y n a mi c   m a s s ,   t h e   s t r uc t u r a l   da m p i ng  f a c t o r   a n t h e   s h o r t - c i r c u i t   s t i f f ne s s .   α   a n C 0   a r e   r e s pe c t i ve l t h e   e qu i v a l e n t   f o r c e   f a c t or   a n t h e   e qu i v a l e n t   bl o c ke d   c a pa c i t a n c e   o f   t h e   p i e z o e l e c t r i c   i ns e r t .   F r o m   ( 1 ) ,   we   c a n   e s t a bl i s a n   e l e c t r i c a l   d i a gr a m   ge ne r a to r   e qu i v a l e n t .   T h e   e l e c t r i c a l   pa r t   i s   s e pa r a t e   o f   t h e   m e c h a ni c a l   p a r t   by   a   pe r f e c t   tr a n s f o r m e r   w i t h   ga i α .   B y   a n a l o g y ,   i n   t he   m e c h a ni c a l   b r a n c h ,   t h e   e qu i va l e n t   s t i f f ne s s   K m   i s   r e pr e s e n t e by   a   c a pa c i t o r   C m ,   t h e   m a s s   M m   by   a i nduc t a n c e   L m   a n t h e   da m p i ng  by   a   r e s i s t a n c e   R m .     2. 2   Doub l e   s yn c h r on i z e d   s wi t c h   h ar ve s t in ( DSS H)   T h e   r e s e a r c h   de v e l o p e t h e   do ubl e   s y nc h r o nize s w i t c h   h a r v e s t i n ( DSS H)   c o n s i s t s   o f   a   c o m bi na t i o n   o f   t h e   s e r i a l   S S HI   a n S E C E   a r c hi t e c t ur e s ,   a s   s h o wn   i n   F i gur e   3   [ 6] ,   [ 9] T hi s   t e c hni qu e   c o n t r o l   b e t we e n   v o l t a ge   i n c r e a s e   a n e n e r g y   r e c o v e r y .   I n   a dd i t i o n ,   t h e   DSS t e c hni que   a l l o ws   r e c o v e r e po we r   i nde pe n de n t   o f   t h e   l o a d.   I n   t he   c a s e   o f   c o ns t a n t   a m p li t ude   e x c i t a t i o n   a t   t h e   r e s o n a n t   f r e que n c y ,   i t   h a s   b e e s h o w n   t h a t   t hi s   t e c hni qu e   a l s o   e x t r a c t s   e n e r g y   m u c f a s t e r   t h a a ll   o t h e r   t e c hni que s   [ 8 ] .   T hi s   c o nf i g ur a t i o n   is   c o n t r o l l e d i f f e r e n t l y   f r o m   t h e   pa r a ll e l   S S HI   c o nf i gur a t i o n .   S w i t c h   S 2   i s   c l o s e o nly   w h e n   C i n t   i s   f u ll c h a r ge by   t h e   r e c t i f i e r ,   whil e   s w i t c h   S 1   i s   c l o s e o nl y   w h e n   t h e   e n e r g y   s t or e i n   L 2   i s   m a xi m u m .           F i gur e   3 .   P i e z o e l e c t r i c   e n e r g y   h a r v e s t i n s y s t e m   w i t h   DSS t e c h ni que       T h e   M a t h e m a t i c a l   e x pr e s s i o ns   f o r   DSS c i r c u i t   i s   s ub d i v i de i n t o   t w o   s t e ps   a s   f o l l o w:   -   S t e p   1 :   S w i t c h   S 1   i s   c l o s e d   i t h e   f i r s t   s t e t h e   c u r r e n t   f l o w i ng   t h r o ugh   t h e   c i r c u i t   w h e t h e   s w i t c h   S 1   i s   c l o s e a n w e   f i nd  in   ( 2) .       + + = 0         1 ̈ + 1 ̇ +  = 0   ( 2)      =    +      ( 3 )         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   25 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 22 721 - 7 3 1   724   W h e r e :   C eq :   :   t h e   e qu i l a v e n t   c a pa c i t a nc e   o f   C p z   a n C i n t ,   f o r   i nde pe n d e n t   DSS H   c i r c u i t   q   :   t h e   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t   c h a r ge   L 1   :   t h e   s e r i e s   i n duc t o r   c o n n e c t e to   t h e   pi e z o e l e m e n t   r 1   :   t h e   i n t e r n a l   r e s i s t a n c e   o f   t h e   i n du c t or   L 1   C p z   :   i s   e qu i va l e n t   pi e z o e l e c t r i c   c a pa c i t a n c e   C i n t   :   i s   I n t e r m e d i a t e   c a pa c i t a n c e   o f   t h e   e x t e r n a l   c i r c u i t     T h e   s w i t c h   S 1   i s   o pe n e w h e n   t h e   v o l t a ge   V p   of   t he   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t   i s   m a xim u m   a t   i t s   e dge s ,   t h e   c ur r e n t   f l o w i ng   i t h e   f i r s t   pa r t   o f   t h e   c i r c u i t   i s   g i v e n   by   s o l vi ng  t h e   s e c o n d - o r de r   d i f f e r e n t i a l   e qua t i o n   g i v e i n   ( 4 ) ,     = ̇ =  0 1 0 2 0 0 s in ( 0 1 0 2 )     ( 4 )     f o r   t h e   s w i t c hi ng  e v e n t ,   w i t h   ω o   a n ξ 0 ,   t h e   na t ur a l   a n gu l a r   f r e que nc y   a n d   t h e   s y s t e m   d a m p i ng   c o e f f i c i e n t ,   r e s pe c t i ve ly ,   de f i ne a s   ( 5) ,     0 = 1 1    +    ;   0 = 1 2 1    +  1   ( 5 )     a f t e r   t hi s   de v e l o p m e n t ,   we   de duc e   t h e   e x pr e s s i o n   o f   t h e   e n e r g y   e x t r a c t e dur i n t hi s   s w i t c hi ng  pe r i o f o r   t h e   i nde pe n de n t   DSS c i r c u i t   a n a l s o   f o r   t h e   ot h e r   n e t w o r k   to p o l o g y ,     1 = 1 2 (  )  2   = 1 2 [ 0  + 0   ( 1 + 0 ) 0 ] 2   ( 6 )     a f t e r   t h i s   e n e r g y   t r a n s f e r   pr o c e s s ,   s w i t c h   S 1   ge t s   o pe n e a n t h e   n e x t   e ne r g y   t r a ns f e r   pr o c e s s   s t a r t s   f r o m   i n t e r m e d i a t e   c a pa c i t o r   to  t h e   b o o s t   i n duc t o r .   -   S t e p   2 :   i n   t h e   s e c o n pa r t   wh e n   s w i t c h   S 2   i s   c l o s e d,   t h e   i n t e r m e d i a t e   c a pa c i t o r   i s   c o nn e c t e to   t h e   i nduc t o r .   T h e   c ur r e n t   f l o w i ng  i t h e   i n t e r m e d i a t e   s t a ge   o f   t h e   c i r c u i t   i s   g i ve by   s o l vi ng  t h e   s e c o n d   o r de r   d i f f e r e n t i a l   a s   s h o wn   i n   ( 7 ) .     =  1  2    (   1 2 )   ( 7 )     W h e r e :     = 1 2        ( 8 )     = 1 2 2  2       ( 9 )     t h e   e qua t i o n   o f   t h e   c ur r e n t   a t   t h e   e n o f   t hi s   pr o c e s s   i s   g i ve n   by   ( 10) ,     ( ̇ )  ( V )   2     ( 10 )     t h e   e x pr e s s i o n   o f   t h e   h a r v e s t e e n e r g y   f o r   a   s i n g l e   o pe r a t i o n   c y c l e   i s   g i v e n   by   ( 11) ,      =  ̇  =        ( 11 )     o t h e r w i s e :     ( 2 )  = 1 2 (  )  2   ( 12 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       T opology  ne t w or k   e f f e c ts   f or   double  s y nc hr oniz e s w it c har v e s ti ng  c ir c uit   on    ( Y ous s e f   E l   Hm ams y )   725   w i t h   γ C ,   t h e   o v e r a l l   e f f i c i e n c y   o f   t h e   c o n ve r t e r ,   gi ve n   by ,     =      ( 13 )     i t h e   c a s e   o f   t o p o l o g y   DSS H - i nd,   a s   t h e r e   a r e   mu l t i p l e   o ut pu t   c a pa c i t a n c e s   ( C s1 =C s2 =C s3 …) ,   t h e   ha r v e s t e d   e n e r g y   i s   e x pr e s s e a s   ( 14) .     E D S S H i n d = ( 1 2 γ c C i nt ( V C i n t ) e nd 2 ) j n j = 1 = ( 1 2 γ c C i nt ( C 0 C i n t + C 0 ( 1 + γ 0 )   V 0 ) e nd 2 ) j n j = 1   ( 14 )     2. 3.     Ne t wor k   t op ol ogy  d e s ign   I n   t hi s   s e c t i o n   we   w il l   pr e s e n t e f i ve   n e t wo r ks   to p o l o g i e s ,   a ll   o f   t h e m   a r e   b a s e o n   t h e   c i r c u i t   DSS H   a n s t a n d a r c i r c u i t   ( S T D) .   W hi c h   i nc l ude s   a   r e c t i f i e r   b r i dge   a n a   s t o r a ge   c a pa c i t o r ,   o r   t h e   DSS t e c hni qu i F i gur e   4.   T h e   t e c hni qu e   us e i t hi s   wo r i s ,   i n   f a c t ,   t h e   DSS H.   I t   c o n s i s t s   o f   a   p i e z o e l e c t r i c   e le m e n t ,   a   s e r i e s   i nduc t or   wi t h   s m a ll   i n t e r n a l   r e s i s t a nc e ,   a   d i o de   b r i dg e ,   a n   i n t e r m e d i a t e   c a pa c i t o r ,   a n a n   i n duc t o r .     T hi s   i nduc t or   a l s o   h a s   s m a ll   i n t e r n a l   r e s i s t a n c e .   T he   c i r c u i t   a l s o   h a s   a   d i o de ,   a   s m o ot hi n c a pa c i t o r   c onn e c t e d   to   t h e   l o a d.   T h e r e   a r e   t wo   s w i t c h e s   i t h e   c i r c u i t .   On e   s w i t c h   i s   c o nn e c t e b e t we e t h e   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t   a n t h e   u n c o n t r o l l e b r i dge   a n t h e   s e c o n s w i t c h   i s   c o nn e c t e b e t we e n   t h e   i n t e r m e d i a t e   c a pa c i t o r   a n t h e   ot h e r   i n duc t a nc e   [ 17] ,   [ 18] .           F i gur e   4 .   T h e   c i r c u i t   M o n o - DSS n e t w o r k       3.   E NE RGY  HARV E S T I NG:   AN AL YSI S   AN P E RF ORM AN CE   S T UD Y   I n   t hi s   s u b - s e c t i o n ,   t h e   a i m   o f   t hi s   wo r i s   t o   a n a l y s e   a g il e   a ppr o a c h e s   t o   o p t i m i z e   t h e   pr o duc e po we r   by   a   p i e z o e l e c t r i c   ge n e r a t o r .   I n   o r de r   to   m a xim i z e   t h e   e l e c t r i c   e n e r g y ,   a   pe r f o r m a nc e   s t ud y   o f   t h e   d i f f e r e n t   ne t wor to p o l o g i e s   i d if f e r e n t   p l a c e s   o f   a   s t r uc t u r e   i s   c o n duc t e d ,   f o r   e x t r a c t   t h e   m a xim u m   po we r   i nde pe n de n t l y   o f   t h e   a da pt e f r e que n c y   a n t h e   r e s i s t i v e   l o a o f   t h e   s a m e   s y s t e m   w i t h o ut   l o s s e s .   i n   a dd i t i o n   to   s h o t h e   f e a s i b il i t y   o f   s u c h   a   n e t wo r a n to  s t udy   t h e   d if f e r e n t   wa y s   o f   c o nn e c t i n t h e   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t s   whil e   us i ng  t h e   t e c hni qu e   o f   i m pr o vi ng  DSS e n e r g y   e x t r a c t i o n .     3. 1.     E n e r gy  h ar ve s t in b t o p ol ogy  M on o - DSS ( m - D)   I n   n e t wo r to p o l o g y   m o n o - DSS H,   we   c o n ne c t   n   p i e z o e l e c t r i c   i pa r a ll e l   i t h e   s a m e   c i r c u i t .     T h e   c ur r e n t   f l o w i ng  t h r o ugh   t h e   c l o s e l o o c i r c u i t   i s   c a l c u l a t e a s   s h o wn   i n   [ 19] ,   [ 20] ,     1 ̈ + 1 ̇ + 0  0 + = 0     ( 15)     w h e r e ,   n   i s   t h e   n u m be r   o f   p i e z o e l e c t r i c   e l e m e n t s .   I n   a dd i t i o n ,   t h e   c ur r e n t      c a n   b e   e x pr e s s e a s ,     = 0  0 +    0 1 2    s in ( 1 2   )       ( 16)     w h e r e ,     = 1 1  0  0 +         ( 17)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   25 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 22 721 - 7 3 1   726   = 1 2 0  0 + 1   = 1 2 r 1 L 1 × C 0 C i n t C 0 + C i n t × n ( C 0 + C i n t ) nC 0 + C i n t   = 0 ( 0 + )  0 +         ( 18)     t hi s   f i r s t   s w i t c hi ng  e v e n t   s to ps   wh e n   t h e   c ur r e n t      i s   n u ll ,   t h us   g i vi ng  t h e   a m o u n t   o f   tr a n s f e r r e c h a r ge ,     Δ = 0   0 +  ( 1 + ) 0       ( 19)     w h e r e ,      ,   t h e   i nv e r s i o n   f a c t o r ,   de f i ne a s   ( 20) ,      = 1 2       ( 20)     s ubs t i t u t i n i n   ( 18 )   i n t ( 20 )   gi v e s ,     = ( 0 / 1 0 2 ) ( 0 +  )  0 +  × ( 1 0 2 ) ( 1 0 2 × ( 0 +  )  0 +  )   = ( 0 ) ( 0 +  ) × ( 1 0 2 ) (  0 +  ) 0 2 × ( 0 +  ) )         = ( 0 ) ( 0 +  ) × ( 1 0 2 ) ( 0 +  ) ( 1 0 2 ) ( 1 )              = ( 0 ) 1 1   ( 1 )  ( 0 +  ) × ( 1 0 2 )   =   ( 0 ) 1 1     w h e r e ,     = ( ) ( + ) × ( )       ( 21)     w h e r e   n   t h e   n u m be r   o f   p i e z o e l e c t r i c .     ( V ) = 0 +  0 ( 1 + ( 0 ) 1 1 )   0       ( 22)     T h us ,   t h e   e x t r a c t e d   e n e r g y   f o r   a   s i n g l e   s w i t c h   e ve nt  i s   g i v e n   by   ( 23) ,     ( 1 ) = 1 2  (  )  2   =   1 2  [ 0  +  0   ( 1 + ( 0 ) 1 1 ) 0 ] 2   ( 23)     d ur i n t hi s   s e c o n s t e p,   t h e   g o v e r ni ng  e qua t i o n   o f   t h e   c ur r e n t   qi n   t h r o ugh   t h e   i n duc t or   L 2   i s   g i ve n   by   ( 24) ,     2 ̈  + 2 ̇  + = 0   ( 24)     y i e l d i ng  t h e   e x pr e s s i o n   o f   t h e   c ur r e n t   i n   t h e   i n duc t o r :     ( ̇ )  ( V )    2       ( 25)     w h e r e :      = 1 2       ( 26)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       T opology  ne t w or k   e f f e c ts   f or   double  s y nc hr oniz e s w it c har v e s ti ng  c ir c uit   on    ( Y ous s e f   E l   Hm ams y )   727    = 1 2 2 2       ( 27)     t he   h a r ve s t e e n e r g y   e x pr e s s i o n   f o r   a   s i n g l e   o pe r a ti o n   c y c l e   i s   g i v e n   by   ( 28 ) ,     ( 2 ) = 1 2 (  )  2       ( 28)     s ubs t i t u t i n in   ( 22)   i n t ( 28)   gi v e s :     ( 2 ) = 1 2 ( 0 +  0 ( 1 + ( 0 ) 1 1 )   0 )  2   = (     n ( C i nt + C 0 C i nt + nC 0 ) ( 1 + ( γ 0 ) 1 1 β 1 + γ 0 ) )     2 × ( E 2 ) D S S H i nd     3. 2.     E n e r gy  h ar ve s t in b t o p ol ogy  DSS H - p ar all e l   E x pr e s s i o n   o f   t h e   e n e r g y   o f   t h e   ne t wor to p o l o g y   pa r a l l e l , w h e n   C p z   i s   c o ns t a n t ,   t h us   t h e   e l e c t r i c   I p z   c ur r e n t   too.   M o r e o v e r ,   i n   t hi s   c a s e   we   c o n s i de r   V DC   un c ha n ge [ 21 ] - [ 24] .      =  ̇  = ( )      ( 29)     w h e r e     ( ) =  ;             ( )  = / / / / = + + =   ;           =       ( 30)        = 1 2 (  ) 2 =  (  ) 2   ( 31)      = 1 2      =  ×        3. 3   E n e r gy  h ar ve s t in b t o p ol ogy  DSS H - s e r ie   E x pr e s s i o n   o f   t h e   e n e r g y   o f   t h e   n e t wo r k   to p o l o g y   s e r i e s   [ 24 ] - [ 26] :     E D S S H s e r i e = V DC q t ̇ dt = ( q ) t V DC   (3 2 )     w h e r e     ( q ) t = C r V DC     ;   ( C r ) eq = C s n   ;     C s = q s   V i n t     ( 33)     E DSSH s eries = 1 n C in ( V DC ) 2 γ c = 1 n ( V DC ) 2 ( V i n t ) 2 × E DSSH ind           ( 34)     3. 4.     E n e r gy  h ar ve s t in b t o p ol ogy  p ar a l le l   of   t h e   s t an d ar d   c ir c u it   I n   t h e   pr e vi o us   s t ud y   [ 27 ] - [ 30] .   a t   r e s o n a n c e   f r e q ue n c y   we   d i s c o v e r   DSS c a n   e nh a n c e   t h e   e n e r g o u t pu t   s t a ge .   Ho we v e r ,   T h e   DSS m e t h o ds   s ho o f f   hi g h e r   ha r v e s t i n c a p a c i t y   w i t h   l o a d - i nd e pe n d e n b e h a vi o ur .   T h e   h a r v e s t i n c a pa bil i t y   o f   DSS i s   d e c i de w i t h   t h e   a i o f   γ C   ,   t h e   i n t e r m e d i a t e   i nv e r s io n   i s s ue   us ua l ly   de c i de t h r o ugh   C i n t   a n L 2 ,   o f   t hi s   n o nli n e a r   c i r c u i t   to p o l o g y   e xhi b i t   e nh a n c e m e n t   h a r v e s t e e n e r g y   i n   c o n t r a s to   s t a n da r t e c hni que .   T h e   ga i n   i s   a r o un 500%   pe r c e n t a ge   f o r   DSS c i r c u i t .      5       ( 35)     F o r   n   pi e z o e l e c t r i c :         = 1 5 (  ) = 1     ( 36)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   25 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 22 721 - 7 3 1   728   A c c o r d i n t o   di f f e r e n t   e x pr e s s i o n s   i T a bl e   1   o f   e n e r g y   f o r   e a c n e t wo r to p o l o g i e s .   I t   h a s   n o t i c e d   t h a t   t h e   to ni c   e n e r g y   i s   b e i ng  d i f f e r e n t   to   e a c to p o l o g i e s   t h a t   i s   c o n t a i n s   3   p i e z o e l e c t r i c .   Us in S T D   t e c h ni que   t o   c o m pa r e   t h e   to p o l o g i e s   b a s e o n   c i r c u i t - DSS H,   a s   we l l   a s   S T h a s   d if f e r e n t   e n e r g y   wh e n   we   wa n t   to   c h a n ge   t o p o l o gi e s .   I n   t hi s   s t ud y ,   t h e   a ut h o r s   c o m pa r e   S T D - pa r a l l e l   t o p o l o g i e s ,   w hi c h   pr o vi de s   a   m a xim a l   e n e r g y .       T a bl e   1.   I s   s i g nif i c a n t l y   d if f e r e n t   f r o m   t h e   e x pr e s s io n   e n e r g y   f o r   n e t wo r k   to p o l o g y   DSS H   E ne r g y   E x p r e s s io n   I f unc ti o n E DSS H - i n d   E DSS H - i n d   ( 1 2 γ c C in t ( V C i n t ) e n d 2 ) j n j = 1   ( E D S S H in d ) j n j = 1   E DSS H - p a r a ll e l   1 2 n C in V DC V in t γ c   n V DC V in t × E D S S H in d   E DSS H - s e r i e   1 2n C in V DC V in t γ c   1 n ( V DC V in t ) 2 × E D S S H in d   E   mon o - DSS H   1 2 γ c C in t ( n C 0 C in t + nC 0 ( 1 + ( γ 0 ) 1 1 β )   V 0 ) e n d 2   (     n ( C in t + C 0 C in t + nC 0 ) ( 1 + ( γ 0 ) 1 1 β 1 + γ 0 ) )     2 × ( E 2 ) D S S H in d   E S T D   1 5 ( 1 2 γ c C in t ( V C i n t ) e n d 2 ) j n j = 1   ( 1 5 E D S S H in d ) j n j = 1       I n   F i gu r e   5   w e   h a v e   a   s y s t e m   c o n tai n s   3   p i e z oe l e c tr i c   s a m p l e s   b a s e o n   d i f f e r e n f or m s ,   m a i nl y   we   h a v e   g ot  th a th e   h a r v e s ted   e n e r g i e s   whi c h   i s   us e d   i n   th e   top o l o gi e s   M o n o - D S S H   i s   e s s e n t i a l l y   i m p or tan a n d   i t ' s   l i tt l e   bi m or e   th a n   DS S H - pa r a l l e l   n e a r l y   1 2 0 % .   W e   h a v e   a l s f oun d   th a m o n o - D S S H   i s   m or e   th a n   D S S H - s e r i e s   c o m p o s i t i o n   by   6 50 %   a n d   i h a s   e x c e e d   D S S H - i n d   by   2 40 % .   I n   t h i s   pa r o f   w or k t h e   a u t h or s   s t u di e d   t h e   i nf l ue n c e   o f   c h a n ge   t h e   pi e z o e l e c tr i c   s a m p l e s   n u m be r .   T h e   s e c o n d   F i gu r e   6 ,   a   c h a n g i n to  e n e r gy   o f   t h e   n u m b e r   n .   W e   h a v e   n ot i c e d   i n c r e a s i n o f   t h e   s t a n d a r d   e n e r gy ,   whi c h   d i vi de s   i n to  3   c a s e s .   I n   t h e   f i r s c a s e   wh e n   n 4   w e   f i n t h a t h e   s tan da r e n e r g y   i s   m a xi m u m   i n   t h e   c o m p o s i t i o n   D S S H - m o n o   c o m pa r i n to  oth e r   c o m pos i t i o n s .   W h e n   n = e n e r g y   b e c o m e s   D S S H - m o n o   a n D S S H - pa r a l l e l   m a xi m a l   a n d   n e a r l y   e q ua l .   I n   thi s   c a s e ,   D S S H - m o n c o m p o s i t i o n   s ta y s   e a s y   a n we a k   i n   t h e   p r oc e s s .   Al s o   e c o n o m i c a l   to  wa s te d   e n e r gy   o n   t h e   l e v e l   o f   e l e c tr o n i c   e l e m e n t s ,   t h e   r a te   o f   di s s i pa t i o n   hi ghl y   i n c r e a s e s   too.   I n   t h e   c a s e   o f   n > 4 ,   we   h a v e   n ot i c e d   th a t h e   c u r v e   o f   e x tr a c ted   e n e r g y   i n   DS S H - pa r a l l e l   c o m p o s i t i o n   i s   i m p o r tan to  o th e r   c o m p o s i t i o n   a n d   i h a s   m ul t i p l i e wh e n   pi e z o   qu a n t i t y   i n c r e a s e d .   F i n a l l y ,   we   c a n   ge m a xi m a l   e n e r g y   f r o m   f or m s   wh i c h   c o n tai n   e n e r g y   r e s ou r c e s   ''p i e z oe l e c tr i c   m a t e r i a l s ''   by   s tan di n o n   D S S H - m o n c o m p os i t i o n   wh e n   n 4   a n d   i n c l ud i n DS S H - m o n o   c o m p o s i t i o n   m e t h o d   a n d   D S S H -   pa r a l l e l   wh e n   pi e z i s   m or e   th a n   4   pi e z o e l e c tr i c s   s a m p l e s .             F i gur e   5 .   T h e   e n e r g y   o f   d if f e r e n t   n e t wor to p o l o g i e s     F i gur e   6.   T h e   e n e r g y   h a r v e s t e d   i n   d i f f e r e n t   n e t w o r to p o l o g i e s   a s   a   f u nc t i o n   o f   p i e z o e l e c t r i c   s a m p l e s   nu m b e r       4.   S I M UL AT I ON  RE S UL T S   I n   t hi s   s u b s e c t i o n ,   we   w il l   d i s c us s   t h e   r e s u l t s   o f   t h e   s im u l a t i o to   s h o t h a t   t h e   e n e r g y   pr o duc e i s   c r i t i c a ll y   de pe n d e n t   o n   h o t h e   DS S c i r c u i t s   a r e   c o nn e c t e d.   T h e   s t r uc t ur e   t h a t   w i ll   b e   u s e i t h e   s i m u l a t i o ns   i s   a   g e n e r a t or   o f   t h e   c ur r e n t   I PZ   pa r a l l e l   w i t h   a   c a pa c i t o r   C PZ   [ 31] - [ 33]   i n   F i gur e   7.   T hi s   m o d e l   us e i p hy s i c a l   s e c ur i t y   i n f o r m a t i o m a n a ge m e n   ( P S I M )   by   a dd i ng  t h e   r e c o v e r y   de vi c e .   I t s   di m e ns io n s   a n d   phy s i c a l   pr o pe r t i e s   a r e   g i v e n   i n   T a bl e   2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       T opology  ne t w or k   e f f e c ts   f or   double  s y nc hr oniz e s w it c har v e s ti ng  c ir c uit   on    ( Y ous s e f   E l   Hm ams y )   729       F i gur e   7.   T h e   e qui va l e n t   c i r c u i t   o f   a   p i e z o e l e c t r i c   m a t e r i a l       T a bl e   2 T h e   pa r a m e t e r s   o f   t h e   p i e z o e l e m e n t   E le m e nt   V a lu e   P ie z oe le me nt   c u r r e nt  I PZ   1 mA   P ie z oe le me nt   c a pa c it o r  C PZ   R e s o na n c e   f r e que n c y   f 0   30 nF   105.3 Hz   P ie z oe le me nt   c u r r e nt  I PZ   1 mA       T h e   s im u l a t i o n   i t hi s   pa r t   s h o ws   t h e   d i f f e r e n c e   i e n e r g y   r e c o v e r e by   t he   n e t wo r to p o l o g y   s t udi e d   a s   a   f u nc t i o o f   t h e   p i e z o e l e c t r i c   n u m be r s .   T h r o ugh   t h e   F i gur e   8,   i t   t ur n s   o ut   t h a t   t h e r e   a r e   a lm o s t   t h e   s a m e   r e s u l t s   b e t we e n   s t ud y i n t h e o r y   a n s im u l a t i o n ,   s o   t h a t h e   DSS H - pa r a l l e l   a n M o n o - DSS topo l o g y   i s   t h e   b e s t ,   a l s o   e n e r g y   h a r ve s t i n f o r   n e t wo r to p ol o g y   S T i s   n e g li g i bl e   c o m pa r e t o   t h e   ot h e r   topo l o g i e s .   W h e n   t h e   p i e z o   n u m be r   i s   l e s s   t h a n   we   n o t i c e   t h a t   t h e   DSS H - pa r a l l e l   a n M o n o - DSS to p o l o g i e s   h a v e   a ppr o xi m a t e l y   t h e   s a m e   r e s u l t s ,   whil e   i n   t h e   c a s e   o f   n < 4,   we   f i nd  t h a t   t h e   DSS H - pa r a l l e l   s t r uc t u r e   i s   be tt e r   c o m pa r e t o   t h e   M o n o - DS S H.   I t   e x p l a i ns   t h e   d i f f e r e n c e   i e n e r g y   e x t r a c t i o n   b e t we e n   t h e   DSS H - pa r a l l e l   a n d   M o n o - DSS to p o l o gy ,   u n t i l   we   f i nd  t h a t   t h e   m o no   DS S s tr uc t ur e   i s   b e t t e r ,   due   to   t h e   pr e s e n c e   o f   a   l im i t e n u m be r   o f   e l e c t r o ni c   c o m po ne n t s   a n t h us   l e s s   e ne r g y   w h e n   t h e   p i e z o e l e c t r i c   n u m be r   i s   l e s s   t h a n   4.   On   t h e   ot h e r   h a n d,   i n   t h e   c a s e   o f   n > 4,   we   f i nd  t h a t   t h e   DSS H - pa r a l l e l   s t r uc t u r e   i s   b e t t e r   a n t h e   hi g he r   th e   p i e z o   n u m be r   a n t h e   e ne r g y   l o s s   r e m a i ns   l im i t e d,   du r i n M o n o - DSS i n s t a l l a t i o n ,   m o r e   po we r   i s   l o s t   due   to  hi g h e r   c ur r e n t   i n   t h e   e l e c t r o ni c   c o m po n e n t s .             F i gur e   8.   T h e   e n e r g y   o f   d if f e r e n t   n e t wor to p o l o g i e s   a s   a   f u n c t i o n   o f   p i e z o e l e c t r i c   n u m be r       5.   CONC L USI ON   I n   th e   e m b e dd e d   s y s t e m s   s tu d y   n e tw or k   top o l ogy   c i r c ui i s   v e r y   i m por tan f or   to  e x tr a c m a xi m u m   e n e r gy .   I n   t h i s   w or k ,   t h e   a u t h or s   a r e   s tu d i e d   a   f i v e   n e tw or ks   top o l ogi e s   f or   p i e z oe l e c tr i c   e n e r gy   h a r v e s t i n g   a n c o m pa r e d   t h e   di f f e r e n n e tw or ks   top o l ogi e s   b a s e on   a   DS S H   c i r c ui ( c i r c ui S tan da r d ,   I n de pe n de n D S S H ,   D S S H   i n   pa r a l l e l ,   M o n o - D S S H ,   DS S i n   s e r i e s ) ,   h a v e   b e e n   i n   di s t i n c t i o n   i n   t h e   n e tw or k   top o l o gy   o f   s tr uc tu r e   d a m pi n h a r v e s ted   v o l t a ge ,   a n d   e n e r gy .   T h e s e   top ol og i e s   c o n s i s o f   n o n - l i n e a r   D S S H   bi n d   n e t w or ks   i or d e r   to   op t i m i z e ,   t h e   e x tr a c ted   e n e r gy .   M or e o v e r ,   s i m u l a t i o n   h a v e   b e e n   c o n d uc te d   a n d   r e s ul t s   c o n f i r m e d   t h a th e   b e tt e r   n e tw or k   top o l o gy ,   f i n a l l y   we   c o n c l ude   c a n   ge m a xi m a l   e n e r gy   f r o m   f o r m s   whi c h   c o n tai n   e n e r g y   r e s ou r c e s   ' ' p i e z oe l e c tr i c   m a ter i a l s ' '   by   s t a n di n o n   M o n o - DS S c o m p o s i t i o n   wh e n   n a n d   i n c l udi n m o n o - D S S c o m p o s i t i o n   m e t h o d   a n d   D S S H - p a r a l l e l   wh e n   pi e z oe l e c tr i c   i s   m or e   t h a n   4   p i e z oe l e c tr i c   s a pm l e s .   T h e n   we   c a n   c o m p o s e   e a c h   p i e z 4   i n   c i r c u i D S S H   a n d   t h e   l a s ta ke s   DS S H - M o n i n   p a r a l l e l .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   25 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 22 721 - 7 3 1   730   RE F E R E NC E S   [ 1]   D G u y oma r A B a d e l,   E L e f e u vr e a nd  C R ic ha r d,   " T o w a r e ne r g y   ha r v e s ti ng  us in a c ti ve   ma t e r ia ls   a nd  c o n ve r s io im pr ov e m e nt   b y   n o nl in e a r   p r o c e s s in g , "   I E E E   tr ans ac ti ons   on  ul tr as oni c s f e r r oe le c tr ic s and  f r e qu e nc y   c ont r ol v o l.   52,   n o   4,  p.  584 - 595,   2005,   do i 10.1109/ T U F F C .2005.1428041.   [ 2]   C J e a n - M is tr a l,   A .   S y l ve s tr e S B a s r o u r a nd  J . J C h a il lo ut " D ie l e c t r i c   pr o pe r ti e s   of   p o l y a c r y la t e   th ic f il ms   us e in   s e ns o r s   a nd   a c tu a to r s , "   Sm ar m at e r ia ls  and s tr u c tu r e s , v o l.  19, n o  7,  2010,  do i:  10.1088/0964 - 1726/19/ 12/ 125009.   [ 3]   E L e f e u v r e D A udi gi e r ,   C R ic ha r d,  a nd  D G u y oma r " B uc k - boo s c o n ve r t e r   f or   s e ns o r le s s   p o w e r   o pt im i z a ti o of   pi e z oe l e c tr i c   e n e r g y   ha r ve s t e r , "   I E E E   T r ans ac ti ons   on  P ow e r   E l e c tr oni c s ,   v o l.   22,  no   5,  p p 2018 - 2025,  2007,  do i:   10.1109/ T P E L .2007.904230.   [ 4]   E L e f e u v r e A B a d e l,   C R ic ha r d,   a nd   D G u y oma r " P i e z oe l e c tr i c   e n e r g y  ha r ve s ti ng d e v i c e   o pt im i z a ti o n b y  s y n c hr o n o us   e l e c tr i c   c ha r g e  e x t r a c t i o n , "   J .   of  i nt e ll .   m at e r ia s y s t .   and s tr u c tu r e s , v ol . 16, no  10, p p . 865 - 876,  2005,  d o i 10.1177/1045389X050568 59.   [ 5]   Y W u,  A B a de l,   F F o r m o s a W L iu a nd  A E A gb o s s o u " P ie z o e l e c tr ic   vi br a ti o e ne r g y   ha r ve s ti ng  b y   o pt im i z e s y n c hr o n o us   e l e c t r i c   c ha r ge   e x tr a c ti o n , "   J our nal   of   I nt e ll ig e n M at e r ia Sy s te m s   and  St r u c tu r e s v o l.   24,  n o   12,  p p 1445 - 1458,  201 3 do i:   10.1177/1045389X13517315.   [ 6]   M L a ll a r t,   L .   G a r bui o L P e ti t,   C R i c ha r d,  a nd  D G u y oma r " D o ubl e   s y n c h r o ni z e d   s w i tc ha r ve s ti ng  ( D S S H ) :   A   n e w   e n e r g y   ha r ve s ti ng  s c h e m e   f or   e f f i c ie n e ne r g y   e x tr a c ti o n , "   I E E E   tr ans ac ti ons   on  ul tr as oni c s f e r r oe le c tr ic s and  f r e qu e nc y   c ont r ol vo l.   55, no  10, p p . 2119 - 2130,   2008,   d o i 10.1109/ T U F F C .912.   [ 7]   M L a ll a r t,   " N o nl in e a r   te c hni q u e   a nd  s e l f - p o w e r e c ir c ui f o r   e f f i c i e nt   pi e z oe l e c tr i c   e n e r g y   ha r ve s ti ng  unde r   unl o a d e c a s e s , "   E ne r gy  C onv e r s io n and M anage m e nt , v o l.  133, p p . 444 - 457,  20 17,  do i:  10.1016/j . e n c o nma n.2016.10.065.   [ 8]   E A S que o   a nd  F Q ua dr in i,   " S ha p e   me m o r y   e p oxy   f o a ms   b y   s o li d - s ta te   f o a mi ng , "   Sm ar M at e r ia ls   and  St r uc tu r e s ,   v o l.   19,   no .   10, p. 105002,   2010,   do i:  10.1088/0964 - 1726/19/ 11/ 115017.   [ 9]   M L a ll a r t,   C R ic ha r d,  L G a r bui o L P e ti t,   a nd   D G u y o ma r " H ig e f f i c i e n c y w id e   l o a ba ndw id th   pi e z o e le c tr ic   e n e r g s c a ve ngi ng  b y   a   h y b r id   no n li ne a r   a ppr o a c h , "   Se ns or s   and   A c tu at or s   A :   P hy s ic al vo l.   165,  no   2,  p p 294 - 302,   2011,   do i:   10.1016/j .s na .2010.09.022.   [ 10]   L W u,  P Z hu,  a nd  M X ie ,   " S e l f - P o w e r e H y b r id   S S H I   C ir c ui w it a   W id e   O p e r a ti o R a nge   f or   P i e z oe le c t r i c   E n e r g y   H a r ve s ti ng , "   Se ns or s , v o l.  21, n o  2, p. 615,   2021,   d oi 10.3390/ s 21020615.   [ 11]   M L a ll a r t,   W J W u,  L Y a n,  a nd  S W H ung " I ndu c t o r l e s s   s y n c h r o ni z e s w it c ha r ve s ti ng  us in a   pi e z o e l e c tr i c   o s c i ll a t o r , " I E E E  T r ans ac ti ons  on P o w e r  E le c tr oni c s , v o l . 35, n o  3, p p . 258 5 - 2594,   2019,   do i 10.1002/e ng2.12266.   [ 12]   D G u y o ma r   a nd  M .   L a ll a r t,   " R e c e nt   pr o gr e s s   in   pi e z oe l e c t r ic   c o n ve r s io a nd  e n e r g y   ha r v e s ti ng  us in no nl in e a r   e l e c tr o ni c   in te r f a c e s  a nd i s s ue s  i n s ma ll  s c a le  i mpl e me n ta ti o n , "   M ic r om ac hi ne s , v ol . 2, n o  2, p p . 274 - 294,  2011,  d o i:  10.3390/m i2 020274 .   [ 13]   Y L i,   D G u y oma r a nd  C R ic ha r d,   " I n f lu e n c e   of   th e   t o p o l o g y   f or   a   ne tw or ke d   S S H I   pi e z oe l e c t r i c   ha r v e s ti ng  c o n f ig ur a ti o n , "   I A c ti v e  and P as s iv e  Sm ar St r uc tu r e s  and I nt e gr at e d S y s te m s  20 13 , 2013.   p. 868808, do i:  10.1117/12.200613 0.   [ 14]   S C he e al . " A ds o r pt i o n/ d e s o r pt i o a nd  e l e c tr i c a ll y   c o nt r o l le f l ip pi ng  of   a mm o ni a   m o l e c ul e s   o g r a phe n e , "   N e w   J our nal   of   P hy s ic s , vo l.  12, n o  12, p. 125011,   2010,   d o i 10.1088/1361 - 66 5X /a b6484.   [ 15]   A H a jj a ji   e al .,  " N o nl in e a r it y   a nd   s c a li ng  b e ha v i o r   in   a   s of t   le a z ir c o na t e   ti ta na t e   pi e z oc e r a mi c , "   J our nal   of   A ppl ie P hy s ic s ,   vo l.  108, n o  6,  2010,  d o i:   10.1063/1.3486510 .   [ 16]   H S h e n,  J Q iu H J K Z hu,  a nd   M B a ls i " E nha nc e s y n c hr o ni z e s w it c ha r ve s ti ng:   a   ne w   e n e r g y   ha r ve s ti ng  s c h e m e   f or   e f f ic i e nt   e ne r g y   e x tr a c ti o n , "   Sm ar M at e r ia ls   and  St r u c tu r e s ,   v ol 19,  no   11,  p.  115017,  2010,  do i:   10.1088/0964 - 1726/19/ 11/ 115017.   [ 17]   H . A S o da no ,  G .  P a r k, a nd D . J I nma n,   " E s ti ma ti o n   of   e l e c tr i c  c ha r g e   o ut put   f o r  p ie z oe l e c tr i c   e n e r g y  ha r ve s ti ng , "   St r ai n vo l.   40,   no  2, p p . 49 - 58,  2004,   d o i 10.1111/j .1475 - 1305.2004.00120.    [ 18]   Z . A la e i,   " P o w e r  E nha n c e m e nt  i P ie z oe l e c tr i c  E n e r g y   H a r ve s t in g , "   D i V A ,   2016.   [ 19]   E . M i na z a r a , D . V a s ic ,  F . C o s ta , a nd  G . P o ul in " P ie z oe l e c tr i c   di a phr a gm  f o r   v ib r a ti o e n e r g y  ha r ve s ti ng , "   U lt r as oni c s , vo l.  4 4, p.  e 699 - e 703,  2006,  d o i: 10.1016/j .ul tr a s .2006.05.141.   [ 20]   G K O tt ma n,  H F H of ma nn,  A C B ha tt a nd  G A L e s ie u tr e " A da pt i ve   pi e z oe l e c tr i c   e n e r g y   ha r ve s ti ng  c ir c ui f o r   w ir e l e s s   r e m o t e   p o w e r   s uppl y , "   I E E E   T r ans ac ti ons   on  pow e r   e le c tr oni c s v o l.   17,  n o   5,  p p 669 - 676,   2002,   do i:   10.1109/ T P E L .2002.802194.   [ 21]   A . R ja f a ll a h A . H a jj a ji D G u y oma r K K a nd o us s i F . B e lh o r a , a nd  Y . B o ugha l e b " M o d e li ng  of  p o l y u r e th a n e /l e a d z i r c o na te   ti ta na te  c omp o s it e s   f o r   v ib r a ti o e ne r g y  ha r v e s ti ng , "   J our nal  of  C om pos it e  M at e r ia ls , 2019, v o l.  53, n o  5, p. 613 - 623,  2019,  d oi 10.1177/002199831 8788604 .   [ 22]   W W C la r k,   " V ib r a ti o n   c o nt r o l   w it s ta t e - s w it c h e d   pi e z oe l e c t r i c   ma t e r ia ls ,"   J our nal   of   in te ll ig e nt   m at e r ia s y s te m s   and  s tr uc tu r e s , v o l.  11, n o  4, p p . 263 - 271,   2000,   d oi 10.1106/18C E - 77K 4 - D Y M G - R K B B .   [ 23]   A.   B r e n e s ,   A.   M o r e l ,   J.   J ui ll a r d ,   E.   L e f e u v r e , ,   a nd  A.   B a de l,   " M a x im um  p o w e r   p o in of   pi e z oe l e c tr i c   e ne r g y   ha r v e s t e r s a   r e v i e w   of   o pt im a li t y   c o ndi t i o f o r   e l e c tr i c a tu ni ng , "   Sm ar m at e r ia ls  and s tr uc tu r e s v o l.  29, n o  3,  2020,  d o i:  10.1088/1361 - 665X/a b648 4 .   [ 24]   A B a de l,   A B e na y a d,  E L e f e u v r e L .   L e br un,  C R i c ha r d,  a nd  D G u y oma r ,   " S in gl e   c r y s ta ls   a nd  n o nl in e a r   pr oc e s s   f o r   o ut s ta ndi ng  v ib r a ti o n - p o w e r e e l e c tr i c a g e ne r a t o r s , "   I E E E   T r ans ac ti ons   on  ul tr a s oni c s f e r r o e le c tr ic s and  f r e que n c y   c ont r ol vo l.  53, n o  4, p p . 673 - 684,   2006,   d oi 10.1109/ T U F F C .2006.1611027.   [ 25]   J H o ng,   F C he n,  M H e S W a ng,  W C he n,  a nd  M G ua n " S tu d y   of   a   l o w - p o w e r - c o ns umpt i o pi e z oe l e c tr i c   e ne r g y   ha r ve s ti ng  c ir c ui ba s e o n s y n c hr o ni z e d s w it c hi ng t e c hn o l o g y , "   E ne r gi e s ,  vo l.  12, n o  16, p. 3166,   2019,   d o i:  10.3390/ e n12163166.   [ 26]   Y E lh ma ms y C E n na w a o ui A H a jj a ji a nd  Y B o ugha l e b " T h e or e t ic a s tu d y   a nd  S im ul a ti o m e th o f o r   o pt im i z in g   th e   pe r f or ma nc e   of   a d v a n c e d   E n e r g y   H a r v e s ti ng   t e c hni qu e s , "   I O P   C onf e r e nc e   Se r i e s :   M at e r ia ls   Sc ie nc e   and  E ngi ne e r in g ,   2020 ,   p.  012014, do i:  10.1088/1757 - 899X/948/ 1/ 012014.   [ 27]   C E nna w a o ui H L i f i,   A H a jj a ji A E lb a ll o ut i,   S L a a s r i,   a nd  A A z im " M a th e ma ti c a m o d e li ng  of   ma s s   s pr in g’ s   s y s t e m:   H y br id   s p e e bumps   a ppl i c a ti o f o r   m e c ha ni c a e n e r g y   ha r ve s ti ng , "   E ngi ne e r in Sol id   M e c hani c s vo l.   7,  n o   1,  p p 47 - 58,   2 019,   do i:  10.5267/j . e s m.2018.11.002.   [ 28]   Y E H ma ms y C E nna w a o ui I N a ji hi a nd  A H a jj a ji " T he   s y nc h r o ni z e d   e l e c tr ic a c ha r g e   e x tr a c ti o r e gul a t o r   f o r   ha r v e s ti ng  e n e r g y   us in pi e z oe le c t r ic   ma te r ia ls , "   I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   on  D ig it al   T e c hnol ogi e s   and  A pp li c at io ns 2021 ,   p p 1517 - 1 527,  do i:  10.1007/978 - 3 - 030 - 73882 - 2_138.   [ 29]   B F a ti ma C M a ma a nd   B B e na is s a ,   " D e s ig me th o d o l o g y   of   s ma r ph o t ovo lt a i c   pl a nt , "   I nt e r nat io nal   J our nal   of   E le c t r ic al   and   C om put e r  E ngi ne e r in g   ( I J E E C S) ,   vo l.  11, n o  6,  pp. 4718 - 4730 ,  2021, do i:  10.11591/i je c e . v 11i 6.pp4718 - 4730.   [ 30]   Y E H ma ms y C E nna w a o ui a nd  A H a jj a ji ,   C h o ua ib ,   " S tu d y   a nd  d e s ig th e   c i r c ui f or   pi e z oe l e c tr i c   v ib r a ti o n   e n e r g y   ha r ve s te r   to   c ha r ge   a   da ta l o gge r , "   I nt e r nat io nal   J our nal   of   E ngi ne e r in a nd  A ppl ie P hy s ic s vo l.   1,  n o   1,  p p 18 - 25,  2021,  do i:   10.1016/j .s y nt hm e t. 2012.08.012.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.