能量收集和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點即將到來 - 無圖版
hrconn --- 2014-11-13 09:11:49
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移動電源應用領域?qū)挿憾鄻�。產(chǎn)品涵蓋了從平均功耗僅幾μW的無線傳感器節(jié)點(WSN)到采用好幾百瓦時電池組的車載醫(yī)療或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等眾多門類。然而，盡管品種繁多，但它們卻呈現(xiàn)出一些相對一致的發(fā)展趨勢；即：設計人員不斷地要求其產(chǎn)品擁有較高的功率以支持更多的功能，并指望能從任何可用的電源來給電池充電。
第一個趨勢將意味著增加電池容量。不幸的是，用戶常常缺乏耐心，而且增加的電池容量必須要在合理的時間之內(nèi)完成充電，這就必然導致充電電流的增大。第二個趨勢則要求電池充電解決方案具有巨大的靈活性，因為它們需要處理各種各樣的輸入電源和功率。此外，支持“物聯(lián)網(wǎng)”的無線傳感器用量的激增也使人們對于可適應無線低功率設備之小型、緊湊和高效電源轉(zhuǎn)換器的需求量有所增長。
隸屬于IoT領域、同時從能量收集的角度來看也是值得期待的新興應用市場之一是可穿戴式電子產(chǎn)品。盡管其尚處在起步階段，但該市場已經(jīng)包括了諸如三星智能腕表 (Samsung Galaxy Gear) 和谷歌眼鏡等產(chǎn)品。然而，一種業(yè)已獲得很高期望的特殊形式則是腕表。
電源轉(zhuǎn)換挑戰(zhàn)
低功率應用是指擁有毫微功率轉(zhuǎn)換要求的應用，比如WSN中常見的能量收集系統(tǒng)等，其必需采用負責處理極低功率和電流的電源轉(zhuǎn)換IC。這可以分別是數(shù)量級為幾十μW的功率和nA級的電流。
最先進和現(xiàn)有的能量收集(EH)技術(例如：振動能量收集和室內(nèi)或可穿戴式光伏單元)在典型工作條件下產(chǎn)生毫瓦量級的功率。盡管這么低的功率似乎用起來很受限，但是若干年來收集組件的經(jīng)驗可以說明，無論就能量供應還是就所提供的每能量單位的成本而言，這些技術大體上與長壽命的電池類似。而且，采用EH的系統(tǒng)通常將能夠在電池耗盡之后實施再充電，而這一點卻是由主電池供電的系統(tǒng)所做不到的。盡管如此，大多數(shù)解決方案還是將某種環(huán)境能量源作為主電源，但把一個主電池作備用，當環(huán)境能量源消失或中斷時可接通主電池以提供電能。
當然，由能量收集源所提供的能量取決于它處于工作狀態(tài)的時間。因此，能量收集電源的主要衡量標準是功率密度，而不是能量密度。能量收集一般會遇到較低的、變化的和不可預測的可用功率，因而設計者通常采用了一種能量收集器和一個輔助電源相連的混合結(jié)構(gòu)。輔助電源可以是一個可再充電電池或一個存儲電容 (甚至有可能是超級電容)。由于收集器可提供無限的能量供應和功率不足而成為系統(tǒng)能源。輔助電能儲存器 (一個電池或一個電容)可產(chǎn)生較高的輸出功率，但儲存的能量較少，它在有需要時供電，其他情況下則定期從收集器接收電荷。所以，在沒有可供收集的環(huán)境能量時，必須采用輔助電能儲存器來給下游電子系統(tǒng)或 WSN供電。當然，從系統(tǒng)設計人員的角度而言這將導致復雜程度的進一步增加，因為他們現(xiàn)在必須考慮這樣一個問題：“為了應對環(huán)境能量源缺乏的情況而提供補償，應在輔助儲存器中存儲多少能量呢?”
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