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超低压转换器推动热电源能量收集的发展

上网日期: 2012年06月11日 ?? 作者: Tony Armstrong,Dave Salerno ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:超低压转换器? 热电源? 能量收集?

作者:Tony Armstrong, Dave Salerno

凌力尔特公司电源产品部

背景

用于测量和控制用途的超低功率无线传感器节点在大量增加,这种情况与新的能量收集技术相结合,已经使得有可能产生完全自主运行的系统,即由周围环境中的能源而不是电池供电的系统。用周围环境中的能源或“免费”能源给无线传感器节点供电这种方法很有吸引力,因为这种方法可以对电池电源起到补充作用,或者完全不再需要电池或导线。当更换电池或电池维护不方便、昂贵或危险时,这种方法具有显然的优势。

完全不用导线还使得很容易大规模扩展监视和控制系统。能量收集无线传感器系统在多种多样的领域简化了安装和维护,例如楼宇自动化、无线 / 自动计量和预测性维护、以及其他无数的工业、军事、汽车和消费类应用。能量收集的好处很明显,但是有效的能量收集系统需要一种聪明的电源管理方法,以将极其微量的免费能源转换成无线传感器系统可用的形式。

一切都归结为占空比问题

很多无线传感器系统都消耗非常低的平均功率,因此成为了用能量收集方法供电的首选系统。很多传感器节点都用来监视变化缓慢的物理量。因此,不用经常进行测量和发送测量结果,这使得系统以很低的占空比运行,相应地,平均功率需求也很低。例如,如果一个传感器系统在唤醒时需要3.3V/30mA (100mW),但每秒钟仅有10ms处于工作状态,那么假定在发送突发数据中间的非工作状态,传感器系统的电流降至几微安,则所需的平均功率仅为1mW。如果同样的无线传感器每分钟、而不是每秒钟仅采样和发送一次,那么平均功率就会降至不到20μW。这种差别非常重要,因为大多数能量收集方法提供的稳定状态功率都非常低,通常不高于几毫瓦,在有些情况下仅为几微瓦。应用所需的平均功率越低,就越有可能用收集的能量供电。

能量收集来源

最常见的可收集能源是振动(或运动)、光和热。所有这些能源的换能器都有3个共同特点:

1. 电输出是不稳定的,不适合直接用来给电子电路供电

2. 也许不能提供连续的、不间断的电源

3. 一般产生非常低的平均输出功率,通常在10μW至10mW 范围

如果要用这些能量源来给无线传感器或其他电子产品供电,那么面向上述特点要求,就要进行审慎的电源管理。


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