广告

能量采集其实很简单!

2020-03-20 10:10:25 Bill Schweber 阅读:
能量采集”一直是备受关注的热门话题,除了在许多应用中极具实用性、能以微小功率运作,还拥有“不劳而获”的吸引力。但是,能量采集的基本概念并不是什么新鲜事…

“能量采集”(energy harvesting)让我们得以采集、保存以及使用电能,一直是备受关注的热门话题。这种结合了换能器、能量采集电路、电源管理IC、能量存储单元(电池或超级电容)以及无线链路的组合,全部都是以微小的功率在运作,也说明这种方法能够有效地建置自供电且长效的数据撷取、监测、记录与报告系统。j1dednc

除了在其所标榜的许多(但并非全部)应用中极具实用性,能量采集还拥有让人“不劳而获”(something for nothing)的吸引力——其实这种说法有一点夸大其词。现实情况是,打造可行的能量采集解决方案需要大量且周详的计划、工作和组件。j1dednc

当然,我们可以将它视为一项新的开发项目,现代的复杂设计都是如此。但是,能量采集的基本概念并不是什么新鲜事,一点也不是。(请注意,尽管风车和水涡轮已经存在数百年了,但本文并不论及这些非电力采集系统。)j1dednc

当我们必须更换标准的天然瓦斯热水器时,更加清楚地了解这一点。当然,按照规定、法规和安全要求,必须要请水电工到家中安装瓦斯管和水管,这毕竟不是做到“差不多对”就可以被接受的情况。因此,我本来也打算请水电工来帮忙,但是当我检查热水器时才发现,它根本就没有外部的电气连接——不但没有交流电(AC)线路,也没有透过变压器的低压连接。它采用的是一个电动的电磁阀,根据开关的闭合来控制瓦斯流量。但是,如果电源没有连接到热水器,那么这个电磁阀究竟靠什么来供电?j1dednc

答案很简单:尽管我们通常将热电偶视为温度传感换能器,但它长久以来也一直用于作为能量采集换能器和电源。在热水器中,热电偶就位于其常亮指示灯中,能够适时产生足够功率来满足气阀的需求,请参见图1。j1dednc

j1dednc

图1:瓦斯热水器示意图显示底部的热电偶组装,其输出可启动或关闭瓦斯气阀。(来源:All Trades Las Vegas)j1dednc

这也是一种故障保护方法:如果指示灯熄灭或热电偶发生故障,电磁阀就无法通电,导致阀门持续关闭状态,而无法让瓦斯流通。其实,许多宇宙飞船中就采用了一种与此原理类似的能量产生技术来产生几百瓦功率,尽管其效率较低,但它利用周围的热电偶数组撷取钸元素放射衰变的热能。j1dednc

当然,这种建置方式比起热电偶和热水器更新更复杂得多了,但其基本概念是相同的:采用热电偶作为能量采集的换能器,而非仅将其用于温度测量传感器。从更世俗的角度来看,您也可以用带有嵌入式热电偶数组的野炊炉具,其所产生的功率已足以启动小型气流产生风扇或为USB充电埠供电。j1dednc

还有一种百年来让电子工程师爱不释手的能量采集设计:经典的晶体管收音机。这种晶体管收音机仅由天线、调谐线圈、二极管、电容器和头戴式耳机组成,无需使用电池即可撷取并解调AM广播。接收到的讯号本身提供了驱动头戴式耳机的功率,还有耳机必须是高阻抗的敏感设备。j1dednc

对于任何想体验手作、打造令人赞叹的新手工程师来说,晶体管收音机一直是绝佳的设计项目;而且,还可以在网络上找到大量的原理图或参考资源,请参见图2。(当然,AM收音机如今已成“昨日黄花”,但 FM可是一点都没过时,但这不是本文的重点。晶体管收音机尽管存在局限,但其自供电接收机在早期广播电台盛行时曾经是一项了不起的创新。)j1dednc

您还知道哪些能量采集应用不需要采用先进芯片?或甚至是在我们的芯片时代开始之前即已存在的能量采集应用?j1dednc

j1dednc

图2:自供电的晶体管收音机采用解调的接收讯号(经由“封包检测器”来实现)功率,足以驱动高阻抗的头戴式耳机。(来源:Dave’s Homemade Crystal Radio via Pinterest)j1dednc

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体EETimes,参考链接:Energy Harvesting: Not as New as We Think,编译:Susan Hong)j1dednc

本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Bill Schweber
EE Times/EDN/Planet Analog资深技术编辑。Bill Schweber是一名电子工程师,他撰写了三本关于电子通信系统的教科书,以及数百篇技术文章、意见专栏和产品功能介绍。在过去的职业生涯中,他曾担任多个EE Times子网站的网站管理者以及EDN执行编辑和模拟技术编辑。他在ADI公司负责营销传播工作,因此他在技术公关职能的两个方面都很有经验,既能向媒体展示公司产品、故事和信息,也能作为这些信息的接收者。在担任ADI的marcom职位之前,Bill曾是一名备受尊敬的技术期刊副主编,并曾在其产品营销和应用工程团队工作。在担任这些职务之前,他曾在英斯特朗公司(Instron Corp., )实操模拟和电源电路设计以及用于材料测试机器控制的系统集成。他拥有哥伦比亚大学电子工程学士学位和马萨诸塞大学电子工程硕士学位,是注册专业工程师,并持有高级业余无线电执照。他还在计划编写和介绍了各种工程主题的在线课程,包括MOSFET基础知识,ADC选择和驱动LED。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 限量7折!米尔STM32MP135开发板 米尔电子作为ST官方合作伙伴,先后开发了STM32MP151、STM32MP157、STM32MP135系列核心板和开发板,受到广大客户的认可。
  • 太阳能电池板一定要换?也许只要改变倾斜角度就够了 在本文中,我们将了解为什么太阳能电池板的倾斜角度如此重要,以及它如何影响所产生的能量···
  • 确保物联网应用安全与合规的十三条最佳实践 本文将通过介绍物联网安全的13个最佳实践以及如何在物联网应用中实施这些最佳实践来确保符合法规,从而探索开发安全设备的道路···
  • 电力电子学科学笔记:光电二极管和LED 在本教程中,我们将研究光电导效应和发光二极管(LED)的行为。
  • 艾迈斯欧司朗凭借超红光(Hyper Red)技术的持续创新,继续 新一代OSLON® Square超红光LED实现了市场领先的电光转换效率,高达78.8%;稳定可靠的自研芯片技术使得Q90可实现高达102,000小时的超长使用寿命;为种植者节能增效,同时保障农作物产量。
  • 水净化技术如何影响半导体行业 芯片制造商依靠获得高纯水来清洁半导体晶圆。
  • 全“芯”瑞萨,用“芯”连接——2023瑞萨全面解析 当前,全球新能源电动汽车蓬勃发展,工业4.0迈入深度应用阶段,IT已经上升到基础设施的高度,物联网在AI的加持下更加智能化,所有这些为半导体行业的新技术、新产品以及综合全面的解决方案带来了新的机遇和发展,也推动着全球特别是中国市场的高速前进。在这个万物互联的时代,老牌半导体厂商瑞萨电子依然以其旺盛的青春“芯”活力为全球特别是中国市场的厂商和用户提供终端嵌入式人工智能解决方案、全面的MCU产品组合和稳定的产能,并不断的推陈出新。本文将对2023年瑞萨电子的战略、“芯”产品和系列新品等进行全面解析。
  • 泰克2023新年展望:引领数智化未来,助力本土化创新加速腾 在经历三年疫情的起起落落之后,我们将迎来蓄势待发的2023。在这个充满紧迫感、复杂性、易变性的时代,我们跟客户与合作伙伴要比以往任何时候,都要更加密切、更加无障碍地支持创新。
  • 我们距离《流浪地球 2》中的黑科技还有多远? 2023年电影春节档,科幻背景的《流浪地球2》不仅取得了票房的成功,也展现出了一些非常超前的“黑科技”,包括重核聚变的行星发动机、量子计算机、机械外骨骼、太空电梯等,在科幻世界中这些技术是拯救人类的利器,而在现实生活中这些技术是否真的有实现的可能?
  • 全面解读瑞萨汽车电子产业战略 瑞萨电子,作为一家全球领先的微控制器、模拟功率器件和SoC产品供应商,最近在全球几乎同步举办的慕尼黑电子展上不仅展出了他们在智能网关和域控制器、ADAS自动驾驶、智能座舱以及微控制器和传感器等方面的产品和解决方案,瑞萨电子全球汽车电子事业本部 副总裁赵明宇先生在华南慕尼黑展期间还阐述了瑞萨的产业战略以及今后对于全球汽车电子市场包括中国市场的一些理解和展望。
  • 新的研究可提高钙钛矿/硅串联太阳能电池光吸收转化率 UNIST下属的一个研究小组成功地在一个钙钛矿-硅串联太阳能电池中实现了23.50%的功率转换效率(PEC),这种电池采用了一种特殊的纹理抗反射涂层(ARC)聚合物薄膜。据研究小组称,带有电弧膜的装置的PCE持续了120小时,保持了初始值的91%。
  • 如何检测稀土盐? 新能源电动汽车已经在全球各国发展的如火如荼,在全球双碳战略的推动下,中国、美国、欧洲等均表示要在2035年停售燃油车,这给新能源电动车带来了持续的发展空间,新能源电动汽车中最核心的部分是“能源”,这个“能源”的核心其实就是电池。众所周知,稀土元素不仅仅是目前主流锂电池电极材料制备的重要成分之一,也是铅酸蓄电池或镍氢电池的正极制备原材料。这些材料包括氯化铕 (EuCl3) 、氯化铽 (TbCl3) 和氯化钐 (SmCl3),尽管这些稀土材料含量较少,但怎样在制造环节确保电池的可靠性,对它们的检测就变得非常重要。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了