能量收集应用无处不在-LinearTechnology-HomePage.pdfVIP

功率系统设计POW ER SYST EM DESIGN CHINA 2012 年3/4 月 能量收集应用无处不在 从一开始就优先电源管理需求 作者：Tony Armstrong，电源产品部产品市场总监，凌力尔特公司 系统设计师和系统规划师必须从一开始就优先满足电源管理需 求，以确保高效率的设计和成功的长期部署。幸运的是，领先的高 性能模拟IC制造商现在提供越来越多的能量收集电源管理IC，从而 极大地简化了此项任务。 能量收集的概念已经出现超过10 到2 03 0 年，能源使用量将翻一番， 点供电的方法。环境能源包括光、温 年了，然而在现实环境中，由 依此推算，采用楼宇自动化系统可 差、振动波束、已发送RF信号或能通 环境能源供电的系统一直很笨重、复 以节省多达30% 的能源 （数据来源： 过换能器产生电荷的任何能源。这些 杂和昂贵。不过，有些市场已经成功 “全球能源、科技和气候政策展望 能源在我们周围到处都是，利用合适 地采用了能量收集方法，如交通运输 （W ET O ）”，由欧盟多个研究机构 的换能器，如面向温差的热电发生器 基础设施、无线医疗设备、轮胎压力 联合撰写）。 （T EG ）、面向振动的压电组件、面 检测和楼宇自动化市场。尤其是在楼 类似地，一个采用能量收集方法 向太阳光 （或室内照明光）的光伏电 宇自动化系统中，诸如占位传感器、 的无线网络可以将一栋大楼中任何数 池等，可将这些能源转换成电能，甚 自动调温器甚至光控开关等，以前安 量的传感器连接起来，以在非主要区 至可以利用潮湿气体产生的电能。这 装时通常使用的电源或控制配线，现 域的大楼或房间中没人时，调节该区 些所谓的 “免费”能源可用来自主地 在已经不需要了，取而代之是，它们 域的温度或关掉该区域的照明灯，从 给电子组件和系统供电。 采用了局部能量收集系统。 而降低HV A C和电力费用。此外，能 现在所有无线传感器节点都能 能量收集系统的一个主要应用 量收集电子线路的成本常常低于布设 以微瓦级平均功率工作，因此用非传 是楼宇自动化系统中的无线传感器。 电源线的成本或更换电池所需的日常 统电源给它们供电是可行的。这导致 为方便说明，我们考虑一下美国能 维护成本，因此用收集的能量供电之 了能量收集的出现，在使用电池不方 源使用的分布情况。建筑物每年都是 方法，显然有经济收益。 便、不现实、昂贵或危险的系统中， 能源生产的头号用户，约占总能耗的 不过，如果每个节点都需要自 可用能量收集提供的电力给电池充 38% ，紧随其后的是交通运输和工业 己的外部电源，那么很多无线传感器 电、补充或代替电池。用收集的能量 领域，各占总能耗的28% 。此外，建 网络就失去了优势。尽管电源管理技 供电，还可以不再需要导线来供电或 筑物可以进一步分成商用建筑和民用 术确实在持续发展，已经使电子电路 传送数据。此外，工业过程、太阳能 建筑，在这3 8% 的能耗中，分别分得 能在给定电源情况下工作更长时间， 电池板或内燃机产生的能量也可以收 17%和2 1% 。而民用建筑2 1% 的能耗 但这是有限度的，而用收集的能量供 集起来使用，否则就浪费掉了。 数字还可以进一步划分，其中取暖、 电提供了一种补充方法。因此，能量 通风和空调 （HV A C ）约占民用建筑 收集通过将局部环境能源转换成可 能量收集应用的问题和特性 总能耗的3/4 。目前预计，从2003年 用的电能，成为一种给无线传感器节 一个典型的能量收集配置或无线 WWW.POW ERSYST EMSDESIGNCHINA.COM 31 特别报道：工业电源 功率系统设计POW ER SYST EM DESIGN CHINA 2012 年3/4 月 传感器节点 （WSN）由4 个方框组成 （参见图1）。它们是：1） 密度，而不是能量密度。能量收集一般会遇到低的、可变的