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能量采集的前景及最新动向

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发表于 2017-6-3 17:47:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/215130.htm
  产品方案的选择
  日前,德州仪器 (TI) 宣布推出五款新一代电源管理集成电路,可高效提取和管理从光源、热源或机械能源采集的微瓦 (uW) 至毫瓦 (mW) 级电源。该 bq25570、bq25505、TPS62740、TPS62737 与 TPS62736 支持业界最低工作静态电流,可为无线网络、监控系统、可穿戴式医疗设备、移动附件等难以获得供电的应用实现无电池工作。
  包括建筑(如桥梁)、WSN(无线传感网)和智能楼宇在内的无线网络均为分布式网络,其监控着如下物理参数:楼宇与桥梁的应力和疲劳性能、精准农业葡萄酒酿造厂及农场办公室的温度水分和湿度。在工厂也可以发现WSN的身影,其可用来远程监控马达或其它设备或工艺过程。远程分布自供电无线设备具有广泛的应用空间,涵盖了从消费类电子、工业、政府到军事的广泛领域。
            
                                                 
  德州仪器(TI)电池管理市场与应用经理文司华博士认为,像消费类、工业类、医疗类、汽车类的产品中,电源是无处不在的,真正和我们今天课题相关的是如何适应更广泛或更极端的应用场景,这些场景是消费类产品的基本趋势,更大容量电池对于某些厂家不是特别适用,甚至没有空间存放这个电池,更别说对电池进行快速充电,比较典型是医疗、仓储、物联网的应用,这种情况下,可能会强调一些对可穿戴式的、监控的网络,这些应用难以获得持续供电,只能从周围环境或获取能量。
                                               
  在决策使用哪种能量采集技术时,首先需要看一下各种潜在能源,如光能、热能、振动能和RF能。除了可用于能量采集的各种技术之外,采用最为广泛的是太阳能,其具有最高的潜在能量采集量(从室外的100mW/cm2到室内光照的0.1mW/cm2)。热能是第二大潜在能源,如:身体的热量,电器和机器产生的热量。振动能量也是一种潜在的能源,但是其潜在的能量不如光能和热能。这只是对无线发送的电子信号能量获取进行了讨论,且对采集的能量估计也是较低的,目前来说不是一种切实可行的能量采集源。
                               
              
  :领域的新兴技术
  能量收集是采集或收集周围环境中释放的微小能量,包括光和振动,并将之转换为电能。除其他潜在应用外,能量收集还可以成为无线网络中节点的电源,有助于低碳社会的实现。
                                              
  能量采集组件具有极其微弱的输出性能=高阻抗电源,因此需要输入稳压。电路需要具有极低的Iq,并且可适用广泛的输入/输出组合。另外,主能源可能不是很稳定可靠——需要额外的存储组件来渡过“黑暗时间”。 因此,如果需要连续运行的话,添加一个备用存储组件(电容、电池)是很有必要的。
                                   
               
                   

  “技术是指把大自然中的一些能源收集起来转化成电能给系统供电,这些能量主要包括动能、光能、电磁能、热能的收集。”Spansion公司微控制器与模拟业务部门市场部营销总监(上海)王钰说。微型技术主要应用在的无线网络、结构健康监测、植入式医疗监测、有源射频及识别等方面。这些市场目前在中国正在迅速发展,而这些应用在电池的维护替换方面存在着不可避免的瓶颈,这也导致了能量收集技术在应用的不可或缺性。可以预见,在不远的将来,能量收集技术必将成为中国物联网领域的重要技术。
                                       
  Spansion的两款新的电源管理IC在推动能量收集技术商业化方面发挥了重要作用。例如,MB39C811是非常高效的DC/DC降压转换器,内置了低损耗桥式整流器。通过优化电路布局,MB39C811以1.5μA静态电流实现了超低功率运行,有助于件领域中无电池技术的成功开发。MB39C831是同步整流DC/DC升压转换器。为了锂离子电池有效充电,该转换器使用从单节或多节太阳能电池或热电子发生器获取的电力。
  我们处处需要系统级的电源方案,但最大的挑战是,什么样的电源才能适用于应用场景,电源无疑是很重要的。在任何情况下有面向该应用的最低功耗解决方案,德州仪器提供全套的技术方案,包括电源管理和高精度的模拟IC;另一方面,有非常低功耗的微控制器,低功耗的无线连接,包括Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth以及1个Sub-1 GHz集成的芯片,要想低功耗控制器和无线连续,我们希望在能量采集概念范畴下,能从光、振动、热量、RF上去获取能量,为这些控制器进行供电。
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  当主电源不可用时,能量采集有助于延长设备的运行时间。便携式设备就是要求延长运行时间的一种主要领域,如电话、多媒体播放器、手持射频设备、POS扫描仪、便携式医疗设备、工具、电动刮胡刀等。在一些新兴国家,为手机充电是很成问题的,因为不是可以随时找到电源的。因此,能量采集就变得非常有必要了,而且能量采集比安装一整套电网要便宜很多。
                       
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