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[能量採集(2)]電源挑戰:如何提升能量轉換效率?
 

【CTIMES/SmartAuto 江城 報導】   2013年06月13日 星期四

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在開發採用能量採集技術的系統之前,必須先思考兩個主要問題:哪一種能量採集技術最為合適?以及如何提升能量轉換效率?

日本音力公司的發電地板由陣列式的壓電發電單元所構成,可擷取步行時施予地板的振動能。安裝於東京地鐵站,可供應資訊看板及收票閘門所需的電力。 BigPic:735x304
日本音力公司的發電地板由陣列式的壓電發電單元所構成,可擷取步行時施予地板的振動能。安裝於東京地鐵站,可供應資訊看板及收票閘門所需的電力。 BigPic:735x304

對能量採集系統而言,電源管理能力至關重要。一個典型的能量採集系統一般包含了能量收集、轉換、電源管理、感測器、微控制器、MCU、儲存裝置(超級電容器或可充電電池),以及無線通訊組件。在採用能量採集技術的系統中,由於所輸出的電力都是相當「微量」,加上這類系統一般都訴求長達數年甚至數十年的長使用壽命,隨時間推移其輸出電力可能會出現較大幅度的變動,因此,這類系統的電源設計中必須加上用於蓄電控制的電源控制電路。

能量採集系統的關鍵元件技術近年來取得了相當大的進展,富士通(Fujitsu)今年中以同時支援振動及光源能量管理的能量採集電源管理IC引發業界高度關注。在僅能獲取微量能源的系統中,對電源管理元件的精確性要求非常高,富士通針對振動或光源能量管理而開發的超低功耗DC/DC降壓轉換器便採用了該公司的超低功耗技術,將待機功耗降到了1.5uA,並可在0.35V超低輸入電壓下啟動系統。同時,由於具備最大功率點追蹤(MPPT)特性,因此能追蹤最高的電壓電流值,讓系統以最高的效率為蓄電池充電。

能量採集成功的基礎在於獲得的電力必須盡可能地比其自身運作所消耗的電力大,才能確保效率夠高、夠耐用。因此,在所有運用能量採集技術的電路設計中,其內部採用的所有元件都必須具備低功耗特性,包括無線收發器、微控制器、感測器,以及必要的電源管理元件等。在先進半導體技術的推動下,目前的轉換器和驅動器都已經可達到微瓦級的超低功耗運作水平,無線通訊元件的功耗也愈來愈低,大幅推升了能量採集技術在實際應用中的可行性。

一個例子是瑞薩電子(Renesas)幾年前開始和株式會社音力發電合作,開發出可將按下按鈕的力量轉換為電能的系統。該公司將2.4GHz的無線收發模組結合音力發電的振力電池,開發出小型的無線發送系統。瑞薩披露的資料顯示,每次在按下振力電池的按鈕時,就可傳送幾個字節的資料。而採用類似的振動發電原理,瑞薩也開始跨界結合系統供應商、板材供應商等業者,同樣採用來自音力發電的發電地板,開發出只要踩上去就可將踩踏的力道轉換為電力的地板。這項技術若能成功普及到建材之中,預計將對未來的居家能源系統設計帶來重大影響。

關鍵字: Energy Harvesting  能量採集  瑞薩電子(Renesas富士通  音力發電 
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