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让WSN节点不断电 动力收集体系加快替代电池

能源采集系统已逐渐崭露头角。在高效率电源转换积体电路(IC)加持下,能源采集系统的电能转换效率已较过去显著提升,因而吸引愈来愈多无线感测网路(WSN)节点装置设计人员,以能量采集技术取代传统电池供电方

动力收集体系已逐步锋芒毕露。在高功率电源转化积体电路(IC)加持下,动力收集体系的电能转化功率已较曩昔明显提高,因而招引愈来愈多无线感测网路(WSN)节点设备规划人员,以能量收集技能代替传统电池供电办法,然后下降长时刻保护本钱。

凌力尔特电源办理产品部副总裁暨总经理Don Paulus人类周遭存在许多环境动力,曩昔动力收集的传统办法,往往是藉助太阳能板和风力发电机,不过,新的动力收集东西让运用者能运用各式环境动力发生电能,而且,重要之处不在于电路的能量转化功率,而是在于可为其供电的「均匀收集」能量值,例如热电发生器可转化热量、压电元件可转化机械振荡、光伏元件用于转化阳光,而且上述东西将进一步将这些环境动力转化成为可用的电能。这些动力收集元件可以为远端感测器供电或对电能记忆体(例如电容器或薄膜电池)进行充电,并对微处理器(MPU)或发送器施行远端供电,而毋须运用本地电源。

或许有人会以为,在整个能量收集进程中直流对直流(DC-DC)转化器电路的转化功率是最为要害的要素,但是实际并非如此。整个无线感测网路(WSN)的转化功率才是最重要的。推理进程十分简略,透过预算WSN可向体系供给多少环境能量,即可确认恣意读取和传送操作的作业周期比,因而,关于任何使用产品,WSN转化功率系决议全体计划之实用性的重要要害。

现行能量收集技能如振荡能量收集和室内光伏单元在典型作业条件下将发生毫瓦(mW)量级的功率。如此低的功率好像用起来很受限,但不管就能量供给仍是就所供给的每能量的单位本钱而言,这些技能大体上已可与长寿数的主电池对抗。此外,动力收集体系能在电能耗尽后再充电,而这一点主电池供电的体系是做不到的。

环境动力包含光、温差、振荡波束、已发送的射频(RF)信号,或许任何其他能经过换能器发生电荷的动力。表1列出从不同能量源可发生的能量。

当企图完成单个或多个WSN动力收集体系时,所需求考虑的是全体体系运作需求多少功率。从原理上而言,这好像适当直觉明瞭,但是,在实际中因为许多要素的影响而使其难度略有添加,测验者须得知获取读数的频率是多少?材料封包将会多大?体系需求将读数传送到多远的当地?关于单颗感测器读数,收发器约耗费50%的体系所用能量,表2概要罗列影响WSN动力收集体系功耗特性的要素。

动力收集器/辅佐电能贮存器合作保证WSN供电无虞

由动力收集体系所供给的电源量取决于体系处于操作状况的时刻,因而衡量动力收集体系的首要规范为功率密度,而非能量密度。动力收集体系一般会遇到变化和不行猜测的可用功率,因而须选用动力收集器和辅佐电能贮存器相连的混合结构。因为收集器可有无限的能量供给而成为体系动力,而辅佐电能贮存器(一个电池或一个电容器)可发生较高的功率,但贮存的能量较少,后者仅在必要的时分供电,其他情况下则定时从收集器接收电能,所以WSN在没有可供收集功率的环境动力时,有必要以辅佐电能贮存器供电。

从体系规划人员的视点而言,这将进一步添加规划杂乱程度,因为他们有必要考虑一个问题——为对缺少环境能量源的WSN供给补偿电力,应在辅佐贮存器中存储多少能量?其取决的要素包含能量收集器缺少环境能量源的时刻长度、WSN作业周期比(即材料读取和传输操作有必要具有的频率)、辅佐贮存器(电容器、超级%&&&&&%器或电池)的巨细和类型、环境能量是否可供给既能充任主能量源,一起又具有充沛剩下能量为辅佐电能贮存器充电?以下迁就动力收集使用的DC-DC转化IC特性概述,一般来说,为能量收集使用所接收和选用所需的必要%&&&&&%功能特征包含:

  • 低待机静态电流

运作电流一般小于6微安培(μA),并可低至450奈安培(nA)

  • 低发动电压

低至20毫伏特(mV)

  • 高输入电压才能

高达34伏特(接连)和40伏特(暂态)

  • 可以处理交流电(AC)输入
  • 多输出才能和自主型体系电源办理
  • 主动极性操作
  • 针对太阳能输入的最大功率点操控(MPPC)
  • 可以从低至1°C的温差收集能量
  • 接脚占位精小且外部元件很少

抢搭动力本钱顺风车动力收集体系逐步锋芒毕露

在可代替动力所带来的许多展开关键中,太阳能供电型电子设备商场为绝佳比如,在各家公司努力寻求下降功耗之办法的情况下,太阳能供电型电子设备的商场呈继续生长的态势。以才智电表为例,为下降运转动力本钱,布置在才智电网上的才智电表将很有或许由某种环境能量源来供电,而太阳能即为丰厚的能量来历。但是,鉴于太阳能电源变化无常且不行靠,所以简直一切的太阳能供电型设备都配有可再充电电池,因而,罗致尽或许多的太阳能以对这些电池进行快速充电并坚持其电荷状况为体系规划的重要方针。

反之,假使才智电表选用电池做为其主电源,则电源转化和办理电子元件在待机形式中将有必要具十分低的静态电流,以延伸电池运用寿数,而现在业界已能供给一系列静态电流水准低于25微安培的晶片。

一切因应绿色动力或能量收集的产品都将在本年之后逐步锋芒毕露。因为商场对动力本钱和环境问题的重视以及延伸举动设备电池运用寿数的需求升温,业界关于包含才智电网在内的很多使用的功率优化产品均投入巨大的精力展开相关的研制。此外,现在已有高能效产品可使客户以更高的功率进行功率转化,并下降功耗和延伸电池寿数。以上资源皆使规划人员可以开发和完成毋需供电导线或电池的WSN,并真实地充沛利用周围丰厚的免费环境动力。

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