微能量收集技术
一种毫微功耗的微弱能量收集电路设计
一种毫微功耗的微弱能量收集电路设计作者：韩晓婧张子佑刘锋来源：《物联网技术》2016年第09期摘要：随着物联网的发展以及传感器的广泛使用，以电池为主的无线传感器供电方式因电池的固有缺陷而备受关注。
将环境中的微弱能量转化为电能可以实现无线传感器网络节点自供电。
文中设计了一种毫微功耗的微弱能量收集电路，实验结果表明，通过收集环境中的微弱能量能够取代电池或者利用收集的能量给电池充电，从而延长电池的寿命，以解决无线传感器网络节点的供电问题。
关键词：低功耗；无线传感器；能量收集电路；自供电中图分类号：TN712.5 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）09-0090-040 引言环境中的微弱能量非常微小，但随着电子技术和制造业的发展，传感器正常工作的功耗也越来越低，收集环境中的微弱能量完全能够满足传感器正常工作的需求。
通过对微弱能量的收集来取代电池或者将收集的电能为电池供电是解决传感器供电问题的一种有效途径。
在过去的几年间，物联网技术得到了高速发展，而电源技术的进步却小得多，电池在能量的存储密度上没有太大提高[1]。
传统的无线传感器依靠电池供电来工作并以无线方式发送其测试数据[2]。
这种供电方式的优点在于比较可靠，但缺点是传感器网络节点的使用时间长短取决于供电电池的寿命[3]。
因此，研究者希望能够实现传感器的自供电，利用环境中的微弱能量取代电池或延长电池的寿命[4，5]。
环境中微弱能量的收集由于具有收集方便、来源广泛等优点，得到了研究者的极大关注，成为国际上的研究热点之一[6，7]。
本文设计了一种毫微功耗的微弱能量收集电路，利用LTC3588-1、LT3464、TLV61225三种芯片作为核心电压变换电路；LTC4071芯片为核心的充电控制电路；TPL5100芯片为核心输出控制电路设计微弱能量收集电路，将收集到的电能存储到储能装置或者直接给负载供电。
将能量收集器接入电路，验证微弱能量收集电路将收集的电能储存在锂电池中的可行性以及电路自身的低功耗。
基于微能量采集技术的无源物联网研究与应用
电子产品世界基于微能量采集技术的无源物联网研究与应用Research and implementation of Passive IoT based on energy harvesting technique韩昕钰 （深圳康佳电子科技有限公司，深圳 518057）摘 要：基于微能量采集技术设计一款无源、无线智能开关。
微能量(光能)采集使用E-PEAS的 AEM1094方案，蓝牙使用凌思微的LE5010方案。
实验证明本文设计的无源、无线智能开关具备环境部署的便利性也拥有极高的可靠性和稳定性。
关键词：无源物联网；微能量采集技术；AEM10941；LE5010在现代社会，智能化已经成为一种趋势，无线智能物联网已在各行业部署，其连接规模高速增长。
在过去的3年中，2020年物联网连接数达到113亿，直至2022年增加到160亿，预计在2025年连接数将突破270亿。
然而，无线物联网生态为用户提供了极大便利的同时，大规模场景部署仍然受到环境、成本、节能环保等因素限制，传统供电方式已无法满足需求。
1 无线物联网背景1.1 物联网通讯背景自2010至今，无线物联网核心研究除了提高更高效的通讯方式，扩大更广泛的部署领域外，降低终端节点的功耗也成为重要的一环，各通信组织、机构也为此陆续创新科技并提出相关标准。
全球通讯标准化组织(3GPP)提出了LTE CAT1、LTE CATM、NB-IoT标准，引入RedCap(缩减能力终端)成功降低了接入5G网络的物联网终端功耗。
LoRa联盟在LoRaWAN协议中规定ClassA/B/C三类终端设备类型支持所有低功耗设备进行快速场景部署。
Wi-Fi、蓝牙协会也推出低功耗技术来支持物联网发展，满足设备之间“一对一”、“一对多”和“多对多”的相互通讯。
1.2 物联网市场痛点目前，众多无线通讯设备的终端节点依旧通过电池或电源线供给能量(电能)，而这类供能方式在不同场景部署下暴露出的弊端制约了物联网向着更广阔的领域发展。
微能量采集的大用途
“微”能量采集的“大”用途超大规模的物联网市场带动了对于传感器应用的巨大需求，这些无线传感节点（WSN）需要完成数据的采集、存储和传输。
随着IoT应用遍地开花，越来越多的WSN将投入使用。
由此也产生了一系列问题：什么样的WSN能够满足IoT未来的发展需求？在强调节能环保的今天，如何实现系统的低功耗运行？WSN带动微能量采集技术大规模应用根据On World 2014年的市场调查，WSN器件将从2015年的50亿个增长到2020年的500亿个以上。
它们与互联网上的服务器进行通信，它们负责监测楼宇、设备或环境状态，并将监测数据上传，在整个IoT应用中的作用举足轻重。
那么，何谓成功的WSN系统？首先要解决供电问题。
采用电力线供电成本昂贵，且随着WSN节点的增多，铺设太多的线路也变得不切实际；如果采用电池供电，就需要定期更换电池，人工成本很高，且在很多应用场合，电池供电也存在一定的安全隐患。
基于这两方面限制，有些设计开始采用光伏板为WSN供电，从而实现低功耗的能量收集系统（EHS）。
但是，有些WSN的设置场所有尺寸限制，制约了光伏板面积和输出功率；而有些WSN的设置地点得不到足够的光能，因此制约了向EHS负载的供电功率以及能量收集PMIC的启动。
正是这两方面限制因素，使得微能量采集技术焕发出了全新的魅力，它可以使WSN具备自我供电能力，且能被安置在任何地方场所，寿命长达十年以上，能够保证部署和维护成本的最小化。
如何设计一款优秀的能量收集供电WSN？设计一款优秀的能量收集供电WSN面临哪些技术挑战？它需要高度的模拟技术，昂贵的低静态电流模拟芯片，并且需要非常仔细地设计能量收集、转换以及存储，计算随时变化的EHS负载，要求灵活的低功耗芯片去执行EHS负载的传感、处理以及通信功能。
赛普拉斯（Cypress）半导体最近推出了一系列单芯片能量收集电源管理集成电路（PMIC），可用于IoT中太阳能供电的微小无线传感器。
微弱能量收集电路技术的研究现状与发展趋势
微弱能量收集电路技术的研究现状与发展趋势荣训;陈志敏;曹广忠【摘要】随着物联网的发展和无线传感器网络的广泛使用,以电池为主的供能方式弊端日渐显露,微弱能量收集因其诸多优点而得到了极大重视.介绍了目前微弱能量收集电路技术研究的现状,对目前的微弱能量收集电路技术进行了分析,阐述了多种微弱能量的收集,介绍了目前高效率的微弱能量收集电路的设计模式.结合目前微弱能量收集电路的优缺点,展望了能量收集电路技术未来的研究趋势和方向.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2015(034)009【总页数】5页(P6-10)【关键词】能量收集电路;物联网;无线传感器网络;微弱能量收集技术【作者】荣训;陈志敏;曹广忠【作者单位】深圳大学自动化研究所深圳电磁控制重点实验室,广东深圳518060;深圳大学自动化研究所深圳电磁控制重点实验室,广东深圳518060;深圳大学自动化研究所深圳电磁控制重点实验室,广东深圳518060【正文语种】中文【中图分类】TK01在过去的十多年里，处理、存储和通信技术得到了飞速发展，与之相比,电源技术进步的速度要小得多，能量密度上无明显提高[1]。
但传感器和交互节点网络方面已取得很大的研究成果，由于网络节点在数量上的增加和在尺寸上的减少，对电源的体积、寿命和能量密度要求越来越严格，传统上远程无线传感器一直依靠电池供电来测量数据并以无线方式发送数据[2]。
这种方式工作可靠，但传感器网络的可用寿命取决于电池的可用寿命[3]。
这些电池一般能持续工作3～5年时间，在每个传感器节点中都属于昂贵的组件。
在有些应用中难以更换电池，而且更换电池费用高昂。
因此，人们希望能实现传感器的自供电，将自供电系统用在传感器网络系统中，可取代电池或延长电池的使用寿命[4,5]。
与之相关的能量收集技术也得到人们越来越多的重视，最近国际上研究的热点是微弱能量收集技术[6,7]。
本文介绍了目前微弱能量收集电路技术研究的现状，对目前的微弱能量收集电路技术进行分析。
微生物燃料电池能量收集技术研究进展
微生物燃料电池能量收集技术研究进展付承彩;马凤英;杨亲正【摘要】微生物燃料电池(MFC)是一种将有机物中的化学能直接转化为电能的装置,在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景.但MFC产电功率密度过低且不稳定,构成回路的外部电阻是一种耗能元件,能量均以热能的形式消耗,无法正常驱动电子器件.在实际应用中,需要考虑设计一种适用于微生物燃料电池的能量收集系统包括静态管理系统和动态最大功率点跟踪系统是MFC发展和实际应用的关键.能量收集系统可以将MFC产生的微弱能量存储变换,以合适稳定的输出间歇驱动负载,使MFC低能量输出具有了实际应用价值.重点阐述了针对于微生物燃料电池的能量收集技术及研究现状,并对未来研究方向和面临的挑战进行了展望.%Microbial fuel cell(MFC)is a device which can convert chemical energy into electrical energy directly,it has broad application prospects in the field of wastewater treatment and new energy development.However,the power density of MFC is too low and unstable,moreover,the external resistance of the circuit is a kind of energy dissipation component.The energy is consumed in the form of heat energy,which can not normally drive the electronic devices.In practical applications,it is necessa-ry to consider the design of an energy harvesting system including static management system and dynamic maximum power point tracking system which are the key to the development and practical application of MFC.The energy harvesting system can trans-form the weak energy storage generated by MFC to the appropriate stable output to drive the load intermittently,so that the low energy output of MFC has practical application value.Theenergy collection technology and research status of microbial fuel cell are mainly discussed,and the future research direction and challenges are prospected.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】6页(P108-112,116)【关键词】微生物燃料电池;最大功率点跟踪;管理系统;能量收集技术【作者】付承彩;马凤英;杨亲正【作者单位】齐鲁工业大学电气工程与自动化学院,山东济南 250353;齐鲁工业大学电气工程与自动化学院,山东济南 250353;齐鲁工业大学生物工程学院,山东济南250353【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言环境和能源问题正成为影响人类可持续发展的两大问题。
微能量采集的大用途
微”能量采集的大”用途超大规模的物联网市场带动了对于传感器应用的巨大需求，这些无线传感节点（WSN需要完成数据的采集、存储和传输。
随着loT应用遍地开花，越来越多的WSN 将投入使用。
由此也产生了一系列问题：什么样的WSF能够满足loT 未来的发展需求？在强调节能环保的今天，如何实现系统的低功耗运行？WSN带动微能量采集技术大规模应用根据On World 2014年的市场调查，WSN器牛将从2015年的50亿个增长到2020年的500亿个以上。
它们与互联网上的服务器进行通信，它们负责监测楼宇、设备或环境状态，并将监测数据上传，在整个loT应用中的作用举足轻重。
那么，何谓成功的WSF系统？首先要解决供电问题。
采用电力线供电成本昂贵，且随着WSN节点的增多，铺设太多的线路也变得不切实际；如果采用电池供电，就需要定期更换电池，人工成本很高，且在很多应用场合，电池供电也存在一定的安全隐患。
基于这两方面限制，有些设计开始采用光伏板为WS供电，从而实现低功耗的能量收集系统（EHS。
但是，有些WSN勺设置场所有尺寸限制，制约了光伏板面积和输出功率；而有些WSN勺设置地点得不到足够的光能，因此制约了向EHS负载的供电功率以及能量收集PMIC的启动。
正是这两方面限制因素，使得微能量采集技术焕发出了全新的魅力，它可以使WSF 具备自我供电能力，且能被安置在任何地方场所，寿命长达十年以上，能够保证部署和维护成本的最小化。
如何设计一款优秀的能量收集供电WSN ?设计一款优秀的能量收集供电WSNS临哪些技术挑战？它需要高度的模拟技术，昂贵的低静态电流模拟芯片，并且需要非常仔细地设计能量收集、转换以及存储，计算随时变化的EHS负载，要求灵活的低功耗芯片去执行EHS负载的传感、处理以及通信功能。
赛普拉斯（Cypress ）半导体最近推出了一系列单芯片能量收集电源管理集成电路（PMIC ，可用于loT 中太阳能供电的微小无线传感器。
温差发电的微能量收集系统研究与设计
• 135•为积极响应国家充分开发和利用新能源的发展理念，利用绿色环保技术解决废热重新利用的问题，本设计针对目前存在的超低压升压和超低功耗电源管理技术问题，设计了微能量收集器、超低功耗电源管理电路、能量存储电路等，主要在充放电时间及节点上严格控制电路，最大程度上在负载不放电时最低消耗电能。
把温差发电技术结合应用在汽车尾气管、温差数字水位计、温差智能浴室照明系统中，并设计出多个无源的实际应用系统来代替电池供电系统。
1.引言作为人类生活和社会发展的基础，能源在不断的消耗中变得日益短缺，同时随着《中华人民共和国节约能源法》、《可再生能源中长期发展规划》等一系列政策相继出台，废弃的能源如废热等能源的再利用越来越得到研究者的关注（吴文博，石义虎，张春阳，樊培培，谭海，应用于地暖层的温差发电系统的实验研究：节能，2019）。
目前国内外对温差发电技术的研究正处于蓬勃发展的阶段，已经有许多学者多出了贡献，哈尔滨理工大学王佐民，研究如何将温差发电器和火力发电厂锅炉相结合，提高火力发电厂的总发电效率；中南大学的黄学章教授设计利用野外篝火作为热源的充电装备，可直接将热能转换为电能，并可对各数码设备充电；北京工业大学刘广林等设计的简易温差发电系统中研究结果表明：随热源温度变化，系统输出电压电流随热源温度呈线性变化（Shigeru Katsuyama,Wakana Yamakawa,Yoko Matsumura,Ryoji Funahashi.Fabrication of Thermoelectric Module Consisting of Rare-Earth-Filled Skutterudite Compounds and Evaluation of Its Power Generation Performance in Air:Journal of Electronic Materials,2019）。
综上所述，温差发电技术还处于研究发展阶段，从技术角度看，虽然温差发电在技术上与国外水平相当，但与发达国家相比，我国在温差发电系统综合设计和实际应用方面还存在着诸多的不足，特别是在超低压升压电路和超低功耗电源管理电路方面亟需进一步突破（张洗玉，杨江波，张允航，李琛燕，梁姗姗，基于MSP430的温差发电仪的设计与实现：中国仪器仪表，2018），本项目基于此提出了温差发电的微能量收集研究及应用设计。
微能量收集技术
电子发烧友网>便携设备> 正文微型能量收集技术获重大突破无电池应用技惊四座[导读]富士通半导体此次重点展示了其最新推出的在微光条件下也可以实现97%转换效率的光环境发电PMIC，并且此电源管理IC还可以实现低至0.35V的超低电压启动。
这些技术上的突破使得以往处于概念阶段的“无电池”、“半永久”应用场景即将成为现实，并且为绿色节能应用提供了更广阔的想象空间。
电子发烧友网讯：桥梁的安全监控、零瓦待机、智能照明控制……等这些看似风马牛不相及的领域，今天，它们都将和一个概念——“微型能量收集（Energy Harvesting）”技术联系在一起。
微型能量收集技术虽然现在还没有得到大规模商用，但在刚刚开幕的第十二届慕尼黑上海电子展富士通半导体的展台上，我们惊喜地看到微型能量收集技术已经取得了重大技术突破，这为讨论已久的“无电池”、“半永久续航”应用的广泛普及奠定了基础。
图1.慕尼黑上海电子展富士通半导体展示新一代节能环保技术。
富士通半导体此次重点展示了其最新推出的在微光条件下也可以实现97%转换效率的光环境发电PMIC，并且此电源管理IC还可以实现低至0.35V的超低电压启动。
这些技术上的突破使得以往处于概念阶段的“无电池”、“半永久”应用场景即将成为现实，并且为绿色节能应用提供了更广阔的想象空间。
市场现状与趋势“事实上，微型能量收集并不是一个全新的概念，它之所以一直没有被真正的广泛应用的最大原因是其能量收集端所能收集到的能量和其实际能够推动的能量消耗端所消耗的能量之间一直处于不平衡的状态，简单点说就是其收集的能量不够用。
可喜的是随着传感器、MCU、RF等器件功耗的不断降低，以及微型能量收集电源管理IC技术的突破，使得系统能量收支逐渐趋于平衡。
” 富士通半导体市场部高级经理王韵在展会现场介绍说。
而据日经BP社的测算，这类应用的能量收集和能量消耗情况在2010年和2011年阶段的时候已经非常接近，而2011年以后，他们认为微型能量收集技术所能收集的能量已经完全可以用于能量消耗的部分。
中级政工师的微能量十个一成功案例
一、概述中级政工师作为军队中的骨干力量，承担着维护军队政治稳定和士兵队伍建设等重要任务。
微能量，作为一种新型的能力培养方式，对于中级政工师的能力提升和工作效率具有重要意义。
本文将就中级政工师的微能量进行深入探讨，介绍十个一成功案例，旨在启发更多的中级政工师积极应用微能量，提升自身能力，为军队建设发挥更大的作用。
二、成功案例一：日常管理1.1 问题分析中级政工师在日常管理中面临着人员繁多、信息繁杂等问题，如何高效地进行管理成为了一大挑战。
1.2 解决方案通过学习和使用微能量，在日常管理中可以利用信信、QQ等社交工具建立通讯评台，及时向士兵们传递政治观念和相关信息，树立正确的军事思想。
1.3 成效管理工作效率得到提升，通过微能量的使用，政工师能够更加及时地与士兵进行交流交流，为军队的稳定和建设做出了贡献。
三、成功案例二：演训指导2.1 问题分析在军队的演训指导中，政工师需要依靠自身的专业知识和能力为士兵们提供正确的指导和引领。
2.2 解决方案通过微能量学习，政工师可以在平时针对军事理论和实战技能等方面进行系统学习和总结，并利用各种科技手段进行技术辅助，加强对战争规律和军事战术的理解和掌握。
2.3 成效政工师在演训指导中能够提供更为专业和全面的指导和支持，为士兵们的战斗力和作战能力提供了有效的保障。
四、成功案例三：政治工作3.1 问题分析政工师需要承担重要的政治工作任务，如思想政治教育、军事理论宣传等，但工作量大、面广、难度较大。
3.2 解决方案通过微能量学习，政工师可以在工作中注重积累和总结，结合信信公众号、博博等社交媒体评台，进行政治宣传和思想教育。
3.3 成效政工师的政治工作得到增强，能够更好地宣传党的政策和宣传思想，提升官兵们的思想觉悟和政治素养。
五、成功案例四：队伍建设4.1 问题分析政工师需要承担队伍建设的任务，需要培养和锻炼士兵们的意志品质和军事素养。
4.2 解决方案通过微能量学习，政工师可以针对每名士兵的特点和性格以及军事训练的特点，制定个性化的培训和训练方案，加强实战能力和综合素质的培养。
超高频无线电波能量收集技术
超高频无线电波能量收集技术引言随着无线电技术的不断发展，人们对无线电波能源的收集和利用也越来越感兴趣。
超高频（UHF）无线电波是指频率在300MHz至3GHz之间的电磁波，由于其具有较高的穿透力和较远的传输距离，被广泛应用于通信、雷达、遥感等领域。
而利用超高频无线电波来收集能量，不仅可以实现无线电设备的自动供电，还可以为一些远程地区提供清洁、可再生的能源。
本文将介绍超高频无线电波能量收集技术的发展历程、原理及其在各个领域的应用，并对未来发展趋势进行展望。
一、超高频无线电波能量收集技术的发展历程超高频无线电波能量收集技术起源于上世纪初的无线电技术。
当时，人们发现一些电子元件能够利用无线电波的能量来产生电荷，比如晶体管和电子二极管。
这些元件逐渐被应用于无线电接收机和雷达系统中，但由于其效率较低，能量收集的范围有限，因此并没有引起大规模应用。
随着半导体技术的发展，人们开始研究利用新型材料和结构来改善超高频无线电波能量收集器件的性能。
1990年代初，激光二极管和光伏电池的发展，使得将太阳能技术与超高频无线电波能量收集技术结合成为可能。
这一技术有望在宇宙空间中，甚至在极端环境下实现能源供应。
在此基础上，研究人员进一步完善了超高频无线电波能量收集技术，提高了能量转换效率和传输距离。
目前，超高频无线电波能量收集技术已经被应用于一些特定领域，如智能物联网、环境监测、医疗设备等。
二、超高频无线电波能量收集技术的原理超高频无线电波能量收集技术是利用无线电波的电磁场来产生电流，从而供给电子设备所需的能量。
其原理可以分为两部分：超高频无线电波能量的收集和转换。
下面将对这两部分进行详细介绍。
1. 超高频无线电波能量的收集超高频无线电波能量的收集是通过天线来实现的。
天线是一种能够接收无线电波的装置，通过电磁感应原理将无线电波中的能量转化为电流。
一般来说，天线的结构可以分为共振天线、偶极天线、小型磁环天线等。
其中，共振天线是一种特定长度的导体，能够将特定频率的无线电波转换为电流；偶极天线是由两根相等长度的导线组成，一般用于接收电磁波垂直方向的能量；小型磁环天线则是利用磁场感应原理来收集能量，适用于超高频的短波段。
射频能量采集技术
射频能量采集技术日常生活中的电子设备越来越多了，它们都需要某种形式的电源才能维持正常工作。
幸运的是，我们周围存在很多种能量形式，既可以把风能、光能、物体运动动能转换成电能，甚至从高频无线电信号的传输中也可以收集部分能量。
相比之下没有那么普遍但是正在迅速普及的则是从RF/微波信号中收集能量的方案，它可以从无线电/电视广播站和无线设备上获取能量。
在物联网(IoT)传感器和射频识别(RFID)标签等低功耗应用中，这种能量收集方案可以替换电池。
重复使用能量可以降低运营成本，并提高现有电子系统和设备的能源使用效率。
从RF中获取能量RF是能量收集的丰富来源，它正在从世界各地数十亿的无线电发射器中发射而出，这些发射器包括移动电话、移动电话基站和电视/电台信号发射基站等。
因此，利用射频能量来为一些低功耗电路供电已经成为一种趋势。
从RF获取能量的概念并不新鲜，而且过程相对简单。
无线电波到达天线并导致其长度上的电位差变化。
该电位差使得电荷载流子沿着天线的长度移动以试图使场均衡，并且RF-DC集成电路能够从这些电荷载流子的移动中捕获能量。
能量暂时存储在电容器中，然后用于在负载处产生所需的电位差。
射频能量信号是通过天线接收的，所以天线的工作频率必须与所接收到信号的频率相同，射频信号通过天线接收后既可以用在RF-DC转换器上又可以用在单纯的RF应用上;RF-DC转换器将RF 信号转换为DC信号，从而可以将获取的能量存储在能量储存装置中;能量储存装置可以给RF-DC转换器、RF装置、低功耗应用提供能量。
可以创建一个电路，通过现成的组件为子系统执行RF到DC转换。
利用天线，无线充电线圈，PMIC(电源管理IC)，功率接收器芯片，激励器发射器等的各种组合可以产生能够从RF获取能量的系统。
射频能量信号是通过天线接收的，所以天线的工作频率必须与所接收到信号的频率相同，射频信号通过天线接收后既可以用在RF-DC转换器上又可以用在单纯的RF应用上;RF-DC转换器将RF 信号转换为DC信号，从而可以将获取的能量存储在能量储存装置中;能量储存装置可以给RF-DC转换器、RF装置、低功耗应用提供能量。
射频微波能量收集系统的整流电路研究
射频微波能量收集系统的整流电路研究摘要：国内外对射频/微波能量收集技术(无线能量收集技术)的研究或综述报道较多，其中整流电路是研究的热点领域，但对整流电路的研究多集中于某项性能指标的提高，对于整流技术的综述性文章鲜见报道。
本文主要针对近年射频/微波能量收集系统整流电路的研究进行阐述和归纳，进而对其发展趋势进行分析和展望，以期待为射频/微波能量收集这一具有广泛应用前景的技术发展提供参考。
关键词：射频/微波能量收集系统;整流电路引言无线功率传输(wirelesspowertransmission，WPT)技术借助于无线电波将能量从一个地方传输到另一个地方，从而解决目标物能量供应的关键问题。
采用远场方式工作的射频/微波功率传输技术由于受空间、环境限制少，适用性广等优点，在无线传感器网络、可穿戴设备、医疗电子等领域的应用前景受到了广泛关注。
射频/微波能量收集系统以可持续、环保等优点在无线传感器网络、可穿戴设备等领域具有广泛应用前景。
1整流电路研究进展整流电路研究有器件研究和电路研究两大方向。
器件研究主要是对新型半导体器件用于射频整流电路前景的研究;电路研究主要是采用电路设计方法进行整流电路性能提升。
整流电路的研究方向主要是通过电路结构的改变来提高整流电路的性能。
研究热点集中在降低整流管阈值电压、扩展输入信号幅度范围、提高功率转换效率和降低阻抗对信号敏感度几个方面，相应可归类为:微弱信号整流技术、宽输入功率范围信号整流技术、高效率整流技术和阻抗去敏感化技术。
1.1微弱信号整流技术射频/微波能量收集系统的接收信号功率和信号传输路径及环境密切相关，在部分应用场合要求其应具有微弱信号处理能力，这种情况下要求整流电路能够处理微弱信号。
限制整流电路处理微弱信号的能力源于整流管的阈值电压，当进入整流管的信号幅度很小时，输入信号功率绝大部分消耗于整流管，用于克服其阈值电压。
因此降低整流管阈值电压是实现微弱信号整流的关键。
毫微功率能量收集IC极大地延长电池寿命
“ 为正 在进行 中的工作提 供正确 的测试解 决方 案始终是 我 们的目 标 。这为 从设计验 证到大 规模量产 测试 开辟 了一条
ｚ Ｔ Ｅ ｃ 的尖端解 决方案设计独特 ，用于在 一个灵活 的模 捷 径 ，由于设备 制造商正 肩负着 以更快速 度生产 更多产 品
块化装置 中测试 处于设计验证 阶段 的无线设备。与Ｌ ｊ ｔ ｅ Ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ 的任务 ，大规模量产测试 的重要性 日益增 强。
为制造业打 造 的强大模 块化软件 和解 决方 案相结合 ．此次 伦 比的元器件和 芯片 组设 计验证 测试解 决方案。
ｚ Ｔ Ｅ ｃ 灵活 的基 于Ｐ × Ｉ 的高性 能射 频设计验证测试 平 台与 的无线产 品的上 市时问。
合作堪称天作之合 ，让Ｌ ｌ ｔ ｅ Ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ 能为无线行业提供 一个 无与 Ｌ ｉ ｔ ｅ Ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ 的系统相 结合 ，将缩短 当 今 最具 创新 性和 市场领先
统首先给输 出电容 器和超级 电容器放电 几小时 ，然后再转换到 电池 。视 外部 条 件的不 同而不 同，这有 可能 至少将电池
寿命延长２ 倍。
至于 电池 寿命 能延长 多少 ，答案是 “ 视情 况而 定” 。不 过延长 时 间介 于２ 倍至无限期之 间，而且高度取决 于系统 设计和输 入／ 输 出功率 占空 比。显然 ， 只有 通过 用能 量收 集Ｉ Ｃ 纳 入能 量收 集
５ ０ ｍＶ，是 引脚 可编程 的 ，非常适 用于 给 多种微 处理器／ 控 制器 内核供 电。可 选超 级电容平衡器确保存储 能量 有最长 寿命 。ＶＯ Ｕ Ｔ 和Ｖ 。 。 都有电源 良好状态输 出，以从总体 上减 轻系统工作负担。
或压缩机检修 时使用 ，那么可以无限期 地延长 电池 寿命 。类似地 ，在火车应用 中，传感器用来测量 轮毂轴承温度 、货 物库存或温度 ；火车运 行时 ，压 电能量 收集 电源为 系统供 电 ，火 车静止时 ，由 电池供 电。这也会显 著延长电池寿命 ，
微型能量收集技术
微型能量收集技术
微型能量收集技术是一种利用自然环境中的物理现象，如太阳能、风能、潮汐能、地热能等来收集能量的技术。
它利用微小的电子元件以及能量转换技术，将物理现象变成可用的电能。
此外，它还能将环境中的低级能量转换成可以用来充电的能量，为电子设备提供绿色的能源。
例如，太阳能发电就是一种微型能量收集技术，它能以较低的成本收集太阳能，将太阳能转换成电能。
它还可以收集其他类型的能量，如风能、潮汐能等，将其转换成可用的电能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子发烧友网>便携设备> 正文
微型能量收集技术获重大突破无电池应用技惊四座
[导读]富士通半导体此次重点展示了其最新推出的在微光条件下也可以实现97%转换效率的光环境发电PMIC，并且此电源管理IC还可以实现低至0.35V的超低电压启动。
这些技术上的突破使得以往处于概念阶段的“无电池”、“半永久”应用场景即将成为现实，并且为绿色节能应用提供了更广阔的想象空间。
电子发烧友网讯：桥梁的安全监控、零瓦待机、智能照明控制……等这些看似风马牛不相及的领域，今天，它们都将和一个概念——“微型能量收集（Energy Harvesting）”技术联系在一起。
微型能量收集技术虽然现在还没有得到大规模商用，但在刚刚开幕的第十二届慕尼黑上海电子展富士通半导体的展台上，我们惊喜地看到微型能量收集技术已经取得了重大技术突破，这为讨论已久的“无电池”、“半永久续航”应用的广泛普及奠定了基础。
图1.慕尼黑上海电子展富士通半导体展示新一代节能环保技术。
富士通半导体此次重点展示了其最新推出的在微光条件下也可以实现97%
转换效率的光环境发电PMIC，并且此电源管理IC还可以实现低至0.35V的超
低电压启动。
这些技术上的突破使得以往处于概念阶段的“无电池”、“半永久”应用场景即将成为现实，并且为绿色节能应用提供了更广阔的想象空间。
市场现状与趋势
“事实上，微型能量收集并不是一个全新的概念，它之所以一直没有被真正的广泛应用的最大原因是其能量收集端所能收集到的能量和其实际能够推动的
能量消耗端所消耗的能量之间一直处于不平衡的状态，简单点说就是其收集的
能量不够用。
可喜的是随着传感器、MCU、RF等器件功耗的不断降低，以及微型能量收集电源管理IC技术的突破，使得系统能量收支逐渐趋于平衡。
” 富士通半导体市场部高级经理王韵在展会现场介绍说。
而据日经BP社的测算，这类应用的能量收集和能量消耗情况在2010年和2011年阶段的时候已经非常接近，而2011年以后，他们认为微型能量收集技术所能收集的能量已经完全可以用于能量消耗的部分。
另据美国Innovative Research and Products （iRAP）公司的调查显示，到2014年，整个微型能量收集的市场规模将达到12.54亿美元。
而从2009年开始，其市场一直保持每年73%的高增长率。
英国的IDTechEx公司也曾提供数据：“能量收集与能源类相关设备市场规模将由2010年的4.4亿美元增长至2020年的6.05亿美元”，微型能量收集技术将成为一个非常有潜力的市场。
将无电池应用变为现实
我们的生活圈中存在各种能量，如光、热、无线电波和振动等，如下图2
所示。
这些能量以太阳能、电磁、压电等形式输入能量收集电源管理IC（PMIC），用于能量收集。
输出功率可以用于传感器、低功耗MCU或存储在存储元件中，如双电层电容和全固态二次电池。
图2. 能量收集系统配置。
富士通半导体及合作伙伴们一直在设想有哪些应用方案可以使这些生活中随处可见的能源被收集起来。
在展会现场，富士通半导体王韵例举了几种非常有意思的能量收集应用。
如下图3所示，这些应用包括：无需钥匙就能打开车门、水管理系统、无电池遥控、自定位系统等。
图3. 微型能量收集技术可实现的无电池应用例子。
日常生活中，这些应用如果使用电池，就需要手动更换电池。
电池确实是非常便宜，但是很多情况下对基础设施的电池进行更换的费用往往代价昂贵，而且废旧电池属于污染物。
那么，此时能量收集方案就是解决方案。
“对于微型能量收集的无电池应用（batteryless），富士通半导体关注的重要领域之一就是在物联网即所谓的传感器网络（sensor network）的应用，帮助这类系统中的传感器节点（sensor node）以及用于通信的RF模块实现半永久的供电。
” 王韵进一步指出。
下图4的三角形显示了微型能量收集的无电池应用在云业务中的3个层级，可以看到三角形的底层即是我们所讲的传感器节点，在中间层是一些网关，而这个三角形的顶部是云业务。
图4. 为什么需要无电池解决方案？
“在这个系统中需要数量庞大的传感器节点，并且对其中的每个传感器节点都要求能够自由维护，并可以安装在任何地方。
这就决定了必须是无电池的解决方案。
”王韵解释道。
桥梁安全监控等“半永久”传感器网络#e#
桥梁安全监控等“半永久”传感器网络
文章开头提及的桥梁安全监控也是传感器网络的一个实例。
据不完全统计，最近五年内中国倒塌的桥梁总共达有三十七座之多。
其实不光是在中国，在美国、日本、欧洲，很多桥梁因为建造的问题，因为地质变动的问题，因为老朽化的问题，多多少少都会存在一定的危险性。
桥梁的安全性问题迫使人们不得不对桥梁进行定期的或实时的监控。
而现在能够对桥梁进行实时监控的方式之一就是将传感器安放在桥梁上。
但是新的问题又出现了，因为在桥梁上布电源线是非常不方便的，传感器必须实现无线，按照现在的方式只能在传感器内部放一颗电池，可是放电池又遇到一个问题，即当电池电量耗完后，必须有人到桥梁可能人都没办法爬进去的地方去换电池，这就逼迫大家必须考虑将环境能量收集过来实现“半永久”工作的传感器网络。
王韵认为，除了桥梁的安全监控，能量收集技术在中国应用最多的还将体现在其它一些基础设施或建筑物上面，如下图5所示，大楼、地下管道、大坝、工厂设备的安全监控等都可以通过这种无线传感器网络的方式实现。
图5. 微型能量收集技术用于基础设施中的无线传感器网络。
帮助实现“零瓦”待机这一新卖点
现在消费者对节能的要求越来越高，特别是崇尚绿色生活的欧洲用户，非常厌恶使用电池的应用。
因此在家用电器方面，很多厂商都在努力实现0W待机，以获得一个新的卖点和产品差异化特性。
如机顶盒待机是从20W到10W到5W，到目前实现1W待机，以后要实现0W待机，但是0W待机在物理上是有限制的，要跨过这一步就必须采用微型能量收集技术来帮助实现，这是市场应用的机会所在。
富士通半导体本次展示的一款PMIC就属于微光太阳能采集芯片，能帮助实现0W待机。
如在机顶盒或电视机上加上小小的一片太阳能电池板，帮助收集室内的微弱光照，让一颗MCU维持待机的功能，另外的主系统就真正实现关闭，这样就真正实现了0W待机。
“而以前的电视厂商都是通过电池来实现待机的，现在我们用太阳能电池板替换了电池的应用，实现了无污染的零瓦待机。
”王韵说。
用于智能照明控制，大幅降低楼宇耗电
“通常，我们会下意识的认为大楼里面能耗最大的是空调，冷气或暖气系统，但当我们进行调查研究后，得出的结论竟然是楼宇里的照明才是耗电最大的部分。
所以要降低整个大楼的能耗，就要首先从照明系统开始。
”富士通半导体王韵介绍说。
图6. 用于楼宇智能控制的“无线遥控器+LED照明”方案。
可喜的是，富士通半导体现在已经开发出了这方面的参考设计方案，如上图6所示的“无线遥控器+LED照明”方案。
图中遥控器的供电是用无电池的方式实现，通过它可以控制照明，然后这个遥控器上又有一些光的传感器，通过这些传感器对外面亮度的感应，可以自动调节灯的亮暗、开关。
把这种应用用到整个大楼，即当把这个遥控器放在整个大楼的任何一个地方都可以实现对这一片区域灯光的控制。
“采用这种智能方式对降低大楼的能耗是非常有效的。
”王韵表示。
两项突破：0.35V超低电压启动支持微光太阳能以及可同时收集太阳能和震动能的双模供电
现在让我们回到富士通半导体的技术和产品本身，看看富士通半导体的环境发电PMIC有着怎样独特的性能及其意义所在。
如下图7所示，富士通半导体最新推出的两款能量收集PMIC分别是用来进行太阳能电源管理/振动能量控制的超低功耗电路，以及支持太阳能超低输入电压的升压DC/DC转换器。
图7. 富士通半导体最新推出了两款环境发电PMIC。
用于光环境发电PMIC的太阳能超低电压升压DC/DC转换器是通过富士通半导体最新技术研发，可以实现低至0.35V的超低电压的启动。
也就是在只有0.35V电压输入的时候，IC就可以开始工作，就可以升压，给电池充电。
例如以前某品牌推出过一款太阳能的手机，但这种手机的应用非常不方便，因为只有在强光下才能给手机充电，但是不会有人把手机放到太阳光下去晒。
而富士通半
导体开发出了在微光条件下也可以实现97%转换效率的光环境发电PMIC，这样在微弱的光的条件下，也可以实现充电。
“使用的环境就完全变化了，从室外搬到室内。
这对客户的实际应用就有意义了。
”王韵介绍说。
另外特别值得一提的是，这款芯片可以同时支持太阳能和震动的双重模式。
在太阳能供电不足或无光照条件下时，可以以震动作为能量来源，弥补了现有市场上同类产品无法同时收集2种能量来源的缺陷。
“富士通半导体非常期待最大限度的利用科学和自身的技术发展为能源再利用做出贡献。
除了上述所举的桥梁、家电、照明控制等例子，任何用到电池的地方，我们都可以考虑用这种方式替换掉电池。
富士通半导体希望与业内企业合作，开发出更多更好的微型能量收集技术应用方案，使我们的生活更加便利和节能。
”王韵最后表示。