互聯網通過全球計算機網絡實現用戶連接，而物聯網（IoT）通過創建相對簡單的設備，獨立于計算機或人工干預而互連和共享數據的趨勢日益增長。物聯網具有提高效率、提高安全性以及實現全新的商業模式的潛力，幾乎在生活或行業的任何方面。例如，為了可靠和高效地運行一個工廠，它有助于擁有盡可能多的監測或控制點，更多的傳感器意味著更好的監控。物聯網的設備對設備網絡簡化了分布和網絡，從而便于擴大整個工廠傳感器的數量和覆蓋范圍。
廣泛的微功耗(hao)能量收集技術
通過使用(yong)在(zai)小型電(dian)(dian)池(chi)上(shang)(shang)運(yun)行多(duo)年的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)節點(dian)，可(ke)以消除所有布線要(yao)(yao)求，從而實(shi)現傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)數量(liang)的(de)(de)(de)(de)指數級增長。不(bu)在(zai)需要(yao)(yao)更換(huan)或充電(dian)(dian)電(dian)(dian)池(chi)，這(zhe)提供(gong)了極(ji)大的(de)(de)(de)(de)便(bian)利(li)(li)性，越(yue)來越(yue)多(duo)的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)利(li)(li)用(yong)當地可(ke)用(yong)的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)源（如(ru)光、振(zhen)動或溫度(du)梯度(du)）從其直接環(huan)境中獲取(qu)能(neng)(neng)量(liang)。本文分析(xi)如(ru)何利(li)(li)用(yong)無(wu)處不(bu)在(zai)的(de)(de)(de)(de)各種環(huan)境能(neng)(neng)量(liang)，通過超低功耗的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)采集電(dian)(dian)路(lu)輕松構(gou)建理論(lun)上(shang)(shang)可(ke)以永續供(gong)電(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)路(lu)設計，從而實(shi)現傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)節點(dian)的(de)(de)(de)(de)便(bian)利(li)(li)布局和(he)低成本維護目標(biao)。
常見(jian)的環(huan)境能量(liang)采集(ji)類型和相(xiang)關(guan)電(dian)源管理(li)IC
基于環境(jing)光能(neng)量采集的供電(dian)模(mo)式(shi)電(dian)路(lu)設計
圖1顯示了自供電無線溫度傳感器的原理框圖，溫度(du)傳感器(qi)基于受低噪聲LT6654電壓參考偏置的熱電壓傳感器，24 位∑-Δ ADC LTC2484讀取熱電(dian)壓并通(tong)過 SPI 接口報告結果。其中的LTP5901-IPM無(wu)線電模塊(kuai)可執(zhi)行多項(xiang)任務：自動形成(cheng)基(ji)于(yu)IP的網狀網絡，內置微處理器讀取 LTC2484 ADC SPI 端口，并管理信號鏈組件的電源測序。
圖1
無線(xian)溫度傳感器通過將無線(xian)射(she)頻模塊連接(jie)到(dao)ADC、基準電(dian)壓和熱敏(min)電(dian)阻(zu)而(er)形(xing)成。電(dian)路由環境能量采(cai)集供電(dian)，可以(yi)轉換(huan)電(dian)池或太(tai)陽能電(dian)池板的電(dian)源。
LTC3330是一種低功率(lv)雙開關(guan)模(mo)式電(dian)(dian)源，在(zai)光線可用(yong)時(shi)從太陽能電(dian)(dian)池(chi)板獲(huo)得(de)電(dian)(dian)力，在(zai)沒有太陽光、必要時(shi)恢復(fu)電(dian)(dian)池(chi)備份以保持輸出電(dian)(dian)壓(ya)調節。LTC3330 還(huan)包括一個 LDO，用(yong)于對溫度傳感器執(zhi)行循(xun)環(huan)功率(lv)。完(wan)整的解決方(fang)案，包括電(dian)(dian)池(chi)和太陽能電(dian)(dian)池(chi)板，適合在(zai)一個小塑料(liao)外(wai)殼內(nei)，尺寸小于7立(li)方(fang)英寸，如圖(tu)2所示。
圖2
整個自成一體的自供(gong)電(dian)溫度傳感器系統適合體積(ji)小于 7 立方英寸的外殼。包括電(dian)池(chi)、太(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)池(chi)板(ban)(ban)(ban)和(he)無線(xian)(xian)網(wang)絡控(kong)(kong)制器。無需外部電(dian)線(xian)(xian)或連(lian)接。安裝(zhuang)(zhuang)很簡單：把它放在某個地(di)方。（a） 顯示信號鏈、電(dian)源(yuan)和(he)控(kong)(kong)制電(dian)路以(yi)及無線(xian)(xian)網(wang)狀(zhuang)網(wang)絡模塊的板(ban)(ban)(ban)前(qian)：（b） 帶電(dian)池(chi)的背板(ban)(ban)(ban);（c） 安裝(zhuang)(zhuang)太(tai)陽(yang)(yang)能電(dian)池(chi)板(ban)(ban)(ban)的外殼中完全解決方案(an)。
溫差發電，為低功耗可穿戴永續供電
溫(wen)(wen)差發電(dian)(dian)的(de)(de)工(gong)作原(yuan)理基于塞(sai)貝(bei)克(ke)效應（Seebeck effect）。塞(sai)貝(bei)克(ke)效應又稱(cheng)作第(di)一熱(re)電(dian)(dian)效應，是指由(you)于兩(liang)(liang)種不同電(dian)(dian)導體或半(ban)導體的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)差異而(er)引起(qi)兩(liang)(liang)種物質間的(de)(de)電(dian)(dian)壓差的(de)(de)熱(re)電(dian)(dian)現(xian)象，在兩(liang)(liang)種金屬A和B組成的(de)(de)回路中，如果使兩(liang)(liang)個接觸點(dian)的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)不同，則在回路中將出現(xian)電(dian)(dian)流(liu)(liu)，稱(cheng)為(wei)熱(re)電(dian)(dian)流(liu)(liu)。相應的(de)(de)電(dian)(dian)動勢(shi)稱(cheng)為(wei)熱(re)電(dian)(dian)勢(shi)，其方向取決(jue)于溫(wen)(wen)度(du)梯度(du)的(de)(de)方向。
通(tong)常由數百個N型(xing)和(he)P型(xing)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)柱體(ti)結(jie)構組成的(de)(de)(de)熱(re)電發生器(qi)，從電路上看它們通(tong)過串聯方式增加溫差(cha)電勢，而在(zai)傳熱(re)方面通(tong)過并聯連(lian)接增加熱(re)能(neng)的(de)(de)(de)使用效率。當器(qi)件兩端存在(zai)溫差(cha)時，熱(re)場(chang)驅動(dong)載流子運動(dong)并在(zai)回(hui)路中形成溫差(cha)電流，以(yi)此來輸出功率。利用由系(xi)統(tong)(tong)內溫度變化(hua)而產生的(de)(de)(de)電能(neng)，能(neng)夠運作尤其是(shi)低功耗(hao)電路設(she)計的(de)(de)(de)系(xi)統(tong)(tong)，讓(rang)一(yi)些(xie)無法使用電池，或(huo)是(shi)電力線的(de)(de)(de)低功耗(hao)應用可以(yi)實(shi)現(xian)。現(xian)在(zai)，甚至可以(yi)利用人體(ti)熱(re)量為穿戴設(she)備的(de)(de)(de)傳感器(qi)供電。
以ADI高度集成的 DC/DC 轉換器LTC3108為例，其非(fei)常(chang)適(shi)合于收集和(he)管理來自諸如TEG、熱電堆和小型太陽能電池等極低輸入電壓電源的剩余能量。一個3cm×3cm的TEG連上LTC3108，可以產生3.3伏電壓，在10度溫差時，大概就能產生60微安的電流，可以得到200微瓦的功率。如果將其用于可穿戴設備，人體的體表溫度可能有35度，即使環境溫度有25度，也能有10度的溫差，更大溫差能夠產生(sheng)更大的功(gong)率，而且是(shi)可以持續不斷的為(wei)可穿戴設備供電，實現真正的“免充電”。
基(ji)于(yu)LTC3108 TEG 能量采集電路
變廢為寶，采集振動(dong)能量(liang)的供電模式設計(ji)
振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)能(neng)(neng)(neng)量存在形(xing)式(shi)(shi)多樣(yang)(yang)，振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)能(neng)(neng)(neng)量收(shou)集是一種行(xing)之有效的(de)(de)(de)環(huan)境能(neng)(neng)(neng)量發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)方(fang)法。根(gen)據發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)原理不同，振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機可以分為(wei)靜(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)式(shi)(shi)、電(dian)(dian)(dian)(dian)磁式(shi)(shi)與壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)式(shi)(shi)。其中，壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)式(shi)(shi)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機以其能(neng)(neng)(neng)量轉(zhuan)換效率高、結(jie)構簡單、無電(dian)(dian)(dian)(dian)磁干(gan)擾、易(yi)于實現整體結(jie)構的(de)(de)(de)微(wei)型(xing)化(hua)與集成(cheng)(cheng)化(hua)等優(you)點成(cheng)(cheng)為(wei)國內外振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)領域研究的(de)(de)(de)重(zhong)點。壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)換能(neng)(neng)(neng)器(qi)受到振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)和(he)移(yi)動(dong)(dong)時能(neng)(neng)(neng)夠產(chan)生電(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)。因(yin)此，設(she)備能(neng)(neng)(neng)夠將振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)產(chan)生的(de)(de)(de)動(dong)(dong)能(neng)(neng)(neng)轉(zhuan)化(hua)為(wei) AC 電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)，AC 電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)經(jing)過調整后，向系統提(ti)供電(dian)(dian)(dian)(dian)力。例如用戶按下遙(yao)控(kong)器(qi)按鈕時產(chan)生的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)量可以收(shou)集起來用于發(fa)送一個低耗能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)無線電(dian)(dian)(dian)(dian)信號。同樣(yang)(yang)地(di)，當有人走過時，安裝在地(di)磚底下的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)換能(neng)(neng)(neng)器(qi)也能(neng)(neng)(neng)產(chan)生電(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)，可以為(wei)小型(xing)顯示(shi)屏或緊急燈供電(dian)(dian)(dian)(dian)。
ADI電源轉換芯片LTC3588配合小體積的換能器可以在0.25g的振動加(jia)速度(du)和40Hz的頻率上產(chan)生200多微安的電流。產品通過集成一個低損(sun)失全(quan)波(bo)橋式整流器(qi)和(he)一個高(gao)效率降壓型轉(zhuan)換器(qi)，以(yi)造就一款專為(wei)高(gao)輸出阻抗能源 (例如：壓電換能器) 而優化的完整能量收集解決方案。這電流看起來很小，但對于很多微弱電流的監控系統來講，這個電流已基本足夠用，可以實現設備的終身免維護和無人值守。
