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[能量采集(2)]电源挑战:如何提升能量转换效率?
 

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

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在开发采用能量采集技术的系统之前,必须先思考两个主要问题:哪一种能量采集技术最为合适?以及如何提升能量转换效率?

日本音力公司的发电地板由数组式的压电发电单元所构成,可撷取步行时施予地板的振动能。安装于东京地铁站,可供应信息广告牌及收票闸门所需的电力。 BigPic:735x304
日本音力公司的发电地板由数组式的压电发电单元所构成,可撷取步行时施予地板的振动能。安装于东京地铁站,可供应信息广告牌及收票闸门所需的电力。 BigPic:735x304

对能量采集系统而言,电源管理能力至关重要。一个典型的能量采集系统一般包含了能量收集、转换、电源管理、传感器、微控制器、MCU、储存装置(超级电容器或可充电电池),以及无线通信组件。在采用能量采集技术的系统中,由于所输出的电力都是相当「微量」,加上这类系统一般都诉求长达数年甚至数十年的长使用寿命,随时间推移其输出电力可能会出现较大幅度的变动,因此,这类系统的电源设计中必须加上用于蓄电控制的电源控制电路。

能量采集系统的关键组件技术近年来取得了相当大的进展,富士通(Fujitsu)今年中以同时支持振动及光源能量管理的能量采集电源管理IC引发业界高度关注。在仅能获取微量能源的系统中,对电源管理组件的精确性要求非常高,富士通针对振动或光源能量管理而开发的超低功耗DC/DC降压转换器便采用了该公司的超低功耗技术,将待机功耗降到了1.5uA,并可在0.35V超低输入电压下启动系统。同时,由于具备最大功率点追踪(MPPT)特性,因此能追踪最高的电压电流值,让系统以最高的效率为蓄电池充电。

能量采集成功的基础在于获得的电力必须尽可能地比其自身运作所消耗的电力大,才能确保效率够高、够耐用。因此,在所有运用能量采集技术的电路设计中,其内部采用的所有组件都必须具备低功耗特性,包括无线收发器、微控制器、传感器,以及必要的电源管理组件等。在先进半导体技术的推动下,目前的转换器和驱动器都已经可达到微瓦级的超低功耗运作水平,无线通信组件的功耗也愈来愈低,大幅推升了能量采集技术在实际应用中的可行性。

一个例子是瑞萨电子(Renesas)几年前开始和株式会社音力发电合作,开发出可将按下按钮的力量转换为电能的系统。该公司将2.4GHz的无线收发模块结合音力发电的振力电池,开发出小型的无线发送系统。瑞萨披露的数据显示,每次在按下振力电池的按钮时,就可传送几个字节的数据。而采用类似的振动发电原理,瑞萨也开始跨界结合系统供货商、板材供货商等业者,同样采用来自音力发电的发电地板,开发出只要踩上去就可将踩踏的力道转换为电力的地板。这项技术若能成功普及到建材之中,预计将对未来的居家能源系统设计带来重大影响。

關鍵字: Energy Harvesting  能量采集  瑞薩電子  富士通  音力發電 
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