IoT设备中的通用能量收集系统

IoT设备中的通用能量收集系统在功率范围的低端，对于能量收集系统存在纳米功率转换要求，例如: IoT设备中的通用能量收集系统. 在这样的系统中，必须使用可以处理非常低的功率和很小的电流的功率转换IC. 功率和电流可以分别是数十微瓦和数十纳安. 最新的，现成的能量收集（E H）技术，例如振动能量收集产品以及室内或可穿戴式光伏电池，在典型的工作条件下产生的功率约为mW. 尽管此功率似乎有限，但能量收集组件（例如无线传感器节点（WSN））的连续运行可能意味着数年，无论提供的能量或单位能量的成本如何能量收集器，能量收集产品和寿命的主电池大致相当. 尽管主电池声称可以提供长达10年的使用寿命，但它在很大程度上取决于从其获取的功率水平和使用频率. 具有能量采集功能的系统通常能够在电池耗尽后再充电，但是仅由主电池供电的系统无法充电. 然而，大多数实施例将使用某种环境能源作为主要电源，并使用主电池作为环境能源的补充. 如果环境能源消失或中断，则可以连接主电池. 这可以被认为是“延长电池寿命”的功能，可以为系统提供非常长的使用寿命-接近电池的使用寿命，对于亚硫酰氯锂的化学成分通常约为12年

当然，能量收集电源提供的能量取决于电源可以工作多长时间. 因此，能量收集电源的主要比较指标是功率密度，而不是能量密度. 用于能量收集的可用功率通常较低，可变且不可预测，因此经常使用连接到收集器和辅助电源的混合结构. 辅助电源可以是可充电电池或存储电容器. 由于无限的能量供应和不足的功率，收集器成为系统的能源. 辅助蓄能器（电池或电容器）产生更大的输出功率，但存储的能量更少，需要时提供功率，在其他情况下，则定期从能量收集器接收电荷. 因此，当由于某种原因而没有环境能量要收集时，可以使用辅助电力存储设备向下游电气系统或WSN供电. 物联网也在推动需求. 支持物联网（IoT）的无线传感器的激增，增加了对针对低功耗无线设备定制的小型，紧凑和高效电源转换器的需求. 物联网市场中新兴的细分市场之一是可穿戴电子市场，从能量收集的角度来看，这尤其有趣. 尽管仍处于起步阶段，但该细分市场包括跑步机（FitBit），谷歌眼镜（Google Glass）和苹果手表（Apple Watch）等产品. 当然，可穿戴技术不仅适用于人类，而且对动物也有许多应用.

最近的例子包括超声波斑块治疗和针对马的电子鞍优化，以及针对其他动物的项圈. 这样的项圈以各种方式执行跟踪，识别和诊断任务. 无论何种应用，大多数这些设备都需要电池作为主要电源. 但是，对于以人为本的应用，似乎很快就会有可以使用太阳能发电的织物. 您可以将这种面料制成的衣服视为“强力”套装. 处于该研究与开发领域最前沿的公司正在实施欧盟资助的项目Dephotex. 该公司有一种制造足够轻和足够柔韧性的可穿戴光伏材料的方法. 这种材料本身将光子转换为电能能量收集器，然后使用该电能为用户佩戴的各种电子设备供电，或者为这些设备的主电池充电，甚至同时为两种功能充电. IoT的一个明显应用是健康监控，无论是针对医院的患者还是非常重视健康的个人. 生物识别数据是生命体征数据，可测量人体的基本功能. 这些信息包括体温，脉搏/心率，呼吸频率和血压. 这些生命体征数据至关重要，因为这些数据中的任何不利变化都可能表明健康状况下降，反之亦然. 为了测量这些生物统计数据，医院和医生办公室当然要配备完整且昂贵的设备. 但是，想象一下，如果无需去医疗机构就可以有效地测量此类生物特征数据，并且无需花费太多费用，人们的生活质量将会提高多少？例如，在家里或工作场所，可以根据实时生命体征数据随时调整生活和行为，从而提高健康水平，甚至可能延长甚至挽救生命.

另一个例子可能是使用外骨骼来帮助改善截瘫患者的活动能力，如图1所示. 幸运的是，设备成本已大大降低，先进的传感器技术也在不断发展，因此智能医疗医疗可穿戴设备继续激增. 这种可穿戴设备包括可穿戴在身体上的更简单的“单个生命体征”测量产品，以及更复杂且到处都有传感器的体外骨骼设备. 但是，从功率转换IC的角度来看，划分这些可穿戴设备的组成并为这些设备提供有效的电源并非易事. 那么，是什么驱动了典型的智能可穿戴设备的运行呢？可以想象它是一个微型嵌入式系统. 其组成的确切划分显然取决于设备本身. 但是，总的来说，智能可穿戴设备的核心架构包括以下部分: 微处理器或微控制器或类似的IC？微机电传感器（MEMS）？小型机械执行器？全球定位系统（GPS）IC？蓝牙/蜂窝/ Wi-Fi连接来收集/处理和同步数据？成像电子元件，LED？计算资源？可充电电池或主（不可充电）电池或电池组？支持电子组件因此，可穿戴设备的主要设计目标显然是紧凑的尺寸，轻巧的可穿戴性和舒适性以及超低功耗，以延长电池的使用寿命/寿命. 实用的电源转换解决方案凌力尔特（Linear Technology）推出了许多电源转换IC，这些IC具有实现可在IoT中使用的低收集功率所需的特性和性能.

LTC3107是一个高度集成的DC / DC转换器，旨在通过收集和管理来自极低输入电压电源（例如: 热电发电机[TEG]和热电堆）的过剩能量来扩展低能量状态. 电力无线系统. 使用LTC3107时，负载点集电器所需的空间非常小，只要足以容纳LTC3107的3mm x 3mmDFN封装和少量外部组件即可. 通过产生跟踪现有主电池电压的输出电压，LTC3107可以无缝地用于为新的和现有的电池供电设计带来节省免费热能的成本. 此外，LTC3107还可以利用较小的热能源来延长电池寿命（在某些情况下，可以达到电池的保质期），从而降低了因更换电池而导致的常规维护成本. LTC3107旨在补充电池，甚至完全将其提供给负载

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