谈谈几种能量收集新技术（下）

作者：贸泽电子John Donovan

上半部分我们介绍了太阳能技术、热电技术和压电技术在能量收集领域的应用，这里我们继续介绍射频技术、Mems热电发生器技术和纳米天线在能量收集方面的应用。

射频技术

RFID通过把一个强大的本地信号（而不是环境射频）进行整流获得能量，其目的直接针对传感器。同样的，Powercast的P2110RF能量收集器将低频的射频信号转化成5.25V高达50mA的输出电流。结合低功耗单片机、传感器和无线模块,P2110可以提供一个完整的、无需电池的无线传感器节点，在仅仅只有11.5 dbm射频输入下就可以工作。应用设备包括无需电池的无线传感器在工业监控、楼宇自动化、智能电网、农业和国防中都有应用。贸泽使用了Powercast 的开发套件对电池充电和无线传感器进行设计。

图3：PowercastP2110在没有电池的无线传感器中（由Powercast公司供图）

一些创新技术研究

一些非常有趣的能量收集技术仍在实验室阶段，也许将在接下来的几年时间改变能量收集现状，这里做一些简介。

医疗和健身设备

一些新奇的压电式能量收集器开始出现。密歇根大学的研究人员已经开发出一种设备，从胸腔的心跳混响中收集能量，并转换为电能用于运行起搏器和植入的除颤器，希望以后无需频繁更换电池。该研究同时也正在寻找一种方法用于吸收身体的热量，运动，和振动来给其他的植入装置供电。

射频技术已经用于实验室的起搏器和植入皮肤的电子神经刺激设备（TENS）。病人坐在椅子上，该椅子上含有一个低频射频源，其输出被该设备接收、校正和存储起来。

麻省理工学院和哈佛大学的研究人员开发了一种芯片,可以植入内耳，用声波收获能量。该芯片用于在人们的耳朵上的听力和平衡障碍方面监控生理活性。

健身爱好者知道他们能够回收一些他们在健身房丢失的能量一定会很高兴。三个英国的大学合作开发一个压电能量收集装置，该装置连接到膝盖，当他们在跑步机上走路或跑步时就可以发电。里加科技大学提供了一个机械能量收集装置，需要将磁铁缝在袖子上，线圈缝到一件夹克的口袋里；

摆动手臂经过口袋时就会产生一个电流，,可以将其存储在一个电池中。随时随地保持你的iPhone充满电!

Mems热电发生器

橡树岭（美国田纳西州东部城市）国家实验室开发了一种独特的热电发电机，在发电时，可以让电子设备，蓄电池、电脑、甚至大型废热产生系统散热。该设备是基于MEMS在双金属材料末尾的热电电容。该材料在冷热两个界面来回震荡。热悬臂接触到冷界面，就迅速散热，并且使得悬臂往回移动，并且接触到热界面。只要有足够的温差，震荡就会持续，（几度到几百摄氏度），在两个界面之间。

悬臂结构只有1mm2并且每个设备可以产生1到10mW；不过可以用1000个悬臂附在1平方英寸的衬底上，创建一个相对较高的输出功率源。

由于悬臂快速循环，开发人员计划10%到30%的效率，远高于当前的热电和压电能量收集装置。

图4：MEMS热电产生器（由橡树岭国家实验室供图）

纳米天线

光伏电池是使用最广泛的能量收集来源，但它们并不是非常有效。最好的单晶光伏电池（理论最大效率达到30%），一般都在20%以上。现在密苏里州大学的科学家和爱达荷州国家实验室开发了一种灵活的太阳能薄膜，理论上可以达到90%的效率。

与传统的光伏电池相比，这个薄膜本质上是一组毫微天线（或者“纳米天线”），其每个纳米天线各自调整特殊的光谱。而不是产生单一的电子空穴对，以光伏为例，,来自太阳的入射电磁场在天线产生一个电流，然后收集，纠正，并存储。纳米电子学电磁场收集器（NEC）可以配置为频率可选，表面能够有效的吸收所有的太阳光。或者可以配置NEC为反射带通滤波器，其中心波长为6.5µm。这将使他们能够吸收红外线，因此能从引擎，炉和其他高温电源设备回收废热。

纳米电子学电磁场收集器设备成功研制，其原型是硅和聚乙烯基板两种。然而，发展中的经济大规模生产过程需要更多资金和时间。研究人员预测该产品能够补充传统PV(光伏)太阳能电池通过捕获当前未使用的红外能量。作为一种薄膜，它可归为一种建筑材料和基础设施。NEC可以集成到高分子材料，所以他们可能被植入消费类电子设备的表层不断给电池充电。

能量收集技术未来发展

超低功耗的MCU的发展，创造了一个巨大且快速扩张的能量收集市场，放过来，这些MCU也越来越依赖这些能量收集产品。第一波的能量收集催生了低功耗的无线传感器，这些能量收集器似乎无处不在。但是其连锁效应将拓展到消费电子、工业和医疗市场，并创建一些现在还只是可以想象的新应用。

无论是在规划电池供电的便携设备或是要提升大型设备的能效，所有设计工程师都应考虑将能量收集技术整合到他们的产品中。想了解更多贸泽电子代理的能量收集产品，你可以登陆贸泽电子能量收集子网站获得更多信息。

作者简介

John Donovan是www.low-powerdesign.com的编辑/创办者，便携式设计的前主编，EDN Asia的执行编辑，以及电路组装和印刷电路制造的亚洲版编辑。作为一个技术作家、编辑和半导体公关，他拥有30年的从业经验。其职业生涯早期曾是一个程序员和微波技术员。约翰已经出版了两本书，数十个手册和数百篇文章。他是美国计算机协会（ACM）会员和IEEE高级会员。他最喜欢的消遣包括火腿，陪伴他的孩子们以及侦察德克萨斯最好的烧烤节。

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