(编者注:这是第六个在一系列的文章来源于一个会话在今年的globalfoundries,专注于传感器和能量收获。前一条处理视网膜植入物。更多细节,你是指globalfoundries程序。)
这些天我们几乎到处寻找能源满足贪欲。如果能量是参与这一过程,如果有剩下多余的能量,这是公平的游戏。
但是有一个基本问题,诠释着鸡肉和鸡蛋。需要电路获取能量。但权力电路什么呢?在理想的情况下,所需的能量收集电路是一个简单的“税”收获能量,平衡是交付给一个电池或其他能量下沉。但在启动时发生了什么?
典型的矿车需要连接一个带电电池开始,但是你可以很容易地想象遥远的情况下,这可能是一个明显的缺点。“亲爱的,电池电力远程北极熊收割机探测器已经死了。你能快速去冰川的边缘变化吗?这一次你下确保冰不崩溃;我不是来救你了。”
这将是很好的没有这样做。但你怎么能收获的第一个能量,当能量收集电路没有收获吗?稍微不太复杂的方式说,能收获电路引导本身吗?
这是一个问题,以太Aktakka et al密歇根大学的惯性压电收割机着手回答。“压电”,当然指的是事实,机械能用于压力晶体转化为电能。“惯性”指的是事实,有MEMS“证据质量”的惯性提供压力。
有许多不同的传感器,用质量证明。从本质上讲,证明质量是一个(相对)重质量的一些材料,连接,这样您就可以检测其惯性加速度。理论上任何沉重的材料,但是,对于这个应用程序,使用压电陶瓷。压电材料电极化是由于许多内部偶极子的加法(这可能是也可能不是对齐的对于一个给定的材料)。如果晶格机械调整,这种极化干扰,导致净的脸之间的电场变化的材料。
对于这个项目,他们使用一种相对较新的MEMS过程焊接散装压电陶瓷材料在硅片上,然后变薄;他们声称这是更灵活,提供更好的性能比传统的薄膜沉积方法。使用的过程中,他们是天生的兼容互补金属氧化物半导体,但因为证据质量比死更大的规模所需的电源管理电路,使用两个单独的骰子,越来越多的小电路死,电池和其他组件,在压电收割机,联系人之间形成收割机和电路。
现在,他们有一个压电质量证明,他们不得不收获能量。除了启动(即。,如果它已经运行),他们专注于努力失去尽可能少的能量——棘手的考虑到低电压、漏的亚阈值机制。他们创造了三个基本电路。整流的首先是信号,使用一个活跃的二极管,以提供尽可能多的电压的电池。
在几个地方,其中包括积极的二极管,他们用他们所谓“bulk-regulated PMOS”设备:这些本质上是三个并行管理办公室设备,大部分被绑定到一个整体排水和另一个与整体的大部分来源。这个想法是为了减少泄漏,确保n阱连接到可用的最大的潜能。
第二电路是一个特殊的并联时使用收割机的电流极性反转本身。收割机的寄生电容放电,这是一个损失的能量。电荷通过电路的并联主动排水,减少损失。
最后,第三个电路是涓涓细流充电器充电电池使用修正信号,然后保持电池顶部。
这都是好和良好的运行时,但你如何开始?这正是事情变得有点复杂:在启动过程中,有四个阶段的电容器作为“临时水库”除了电池,这是“永久水库。”
在第一阶段,假设没有电池或储存能量,收割机的振动产生电流,被动地指控电容器。这个一直继续下去,直到达到了一定的电压,此时电路开始打开,第二阶段。当然,这导致电压凹陷,因为它是现在驱动电路,但活跃的二极管和并联电路,电容器可以被更有效率。
在某种程度上,与整个电源管理电路活跃,一个更高的电压水平,启动第三阶段,在这一电流脉冲传输的一些电容器充电电池,电容器的放电。电池是孤立的再次防止回流;电容充电;然后另一个电流冲击是发送到电池。这个charge-the-cap /充电重复序列,直到电池充满。
电池充满后,第四阶段。避免过度充电的电池再次分离,两个更高的电压之间的电容扫描来确定电池是否需要进一步充电。
所以缩写版本收割机费用上限,直到有足够的充电电压上限更有效率。当它可以,它指控电池到电池的满,它落定后进入充电模式。不用说有整个系统使用的偏置电压比较器和其他各种管理整个过程所需的逻辑。但这一切发生使用除了收获能量。
另一个重要的问题是,一旦启动并运行,收割机是如何高效?本身没有任何的电源管理电路,原始收割机能产生24.1与0.5 GµW振动和63.9µW 1 G的振动。你不会得到所有的电池,当然,因为损失和一个简单的事实:管理电路需要美联储。
他们发现,附加电源管理电路,他们可以收取20-mF超级电容在20分钟1.31 V 0.5 G和在8分钟1 G的振动。这相当于14.3µW和35.8µW 0.5分,1 G,分别。这是大约55% - 60%的效率。他们做节目之前的工作的例子,可以得到75%的效率要高得多,但它需要一个2.5 v充电电池在启动时,这一个是不完全自给自足。
相比之下,这个项目成功提供了一个收割机能从一无所有开始,引导操作只使用收获的权力。这肯定能打败不得不去改变(或费用)启动电池深在北极或沙漠某处。
(注意:你可以找到本系列的下一篇文章(最后一篇)在这里)。
