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关于能量收集的11个神话

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关于能量收集的11个神话

发布日期:2019-06-18 作者: 点击:

关于能量收集的11个神话

能量收集是否昂贵?难以实施?我们将消除围绕该技术的一些神话。

半导体技术遵循许多趋势,其中之一是给定功能从一代到下一代的有效功率的持续降低。如果不是这种趋势,我们可能永远不会“发现”能量收集解决方案作为传统电力的实际替代方案。使用现有能量收集技术可以清除相对较少的电量是微不足道的,但在适当的条件下,它足以支持各种物联网(IoT)应用。

物联网中的传感器节点可能是能量收集的理想用例,但它仍然需要从一个已知和可靠的电源(如电池或离线)转移到远不那么有形的东西。然而,正如超低功耗数字解决方案的可用性减少了我们对电力的依赖,能量收集所涉及的技术也得到了改善。

墙壁开关

太阳能电池板效率更高,通过热量和运动清除产生的能量正在增加,或许更重要的是,现在针对超低功率应用的电源管理IC可确保更多的收获能源得到充分利用。因此,似乎可能是时候揭穿一些围绕能量收集的神话,以及为什么它不能成为传统电源的实际替代品。

能量收集很昂贵。

有些人可能认为能量收集是一种昂贵的设计选择,但要考虑替代品的总系统成本。电池需要空间,以及某种形式的夹子来安装和保持它们,或者至少需要一个专用的端子和引线。以交流 - 直流转换器的形式,离线电源更加耗电。这通常涉及某种变压器,它既笨重又昂贵。

能量收集设备通常很小且不引人注目,并且总体上可以比替代方案具有更低的系统成本。但是,它们还降低了总体拥有成本,因为没有电池可以替换(通过相关的服务访问)并且没有交流电源供电(通过相关的布线和认证)。

设计成本也可能较低,特别是如果替代方案涉及AC-DC转换器,因为如果目标是实现最具成本和性能优化的解决方案,这些设计可能非常难以设计。从维护的角度来看,如果设备不依赖于辅助电源 - 离线或电池 - 那么服务失败的可能性就会降低,从而降低供应商的服务成本并提高客户满意度。

原则上能量收集很好,但在实践中很难实现。

根据所使用的收获技术,您的工程师可能需要调整其设计方法。有必要考虑换能器将如何暴露于它正在采集的任何形式的能量。但是一旦完成,使用收获的能量的应用程序基本上是免维护的,因此它变成了“适合和忘记”的体验。这意味着它们几乎可以安装在任何地方,并且可以设计成任何形状因素,几乎没有任何妥协。

任何使用离线电源的设计也需要考虑电源设计。此外,它还需要遵守严格的安全规定并考虑可访问性,这可能会产生更为重要的设计限制。在可访问性方面,对于电池供电设备也是如此,因为机箱需要具有用于更换电池的访问门户。

3.最终应用的美学将受到影响。

出于与上述相同的原因,从产品设计的角度来看,使用可靠且基本上取之不尽用之不竭的电源形式开辟了巨大的潜力。传感器可以成为设计的一个特征,或者隐藏在视野之外。访问门户成为过去,因为不需要访问产品的内部。

现在考虑使用二次电池供电的设备。这些需要定期充电,这意味着除非他们使用无线耦合,否则他们将需要在外部某处可供用户访问的连接器。充电门户为污垢,灰尘和水提供了一个入口点。根据应用的不同,这对PCB及其组件提出了进一步的要求,以保护其免受这种潜在的侵入。此外,任何接收电源的端口通常都需要某种形式的保护,包括附加组件和额外的BoM成本。

4.收获能源是不可靠的。

供应的可靠性会引起焦虑。但事实上,如果一个设备使用太阳能,我们可以放心,太阳将永远出现。更严重的是,通过能量收集消除供应焦虑的关键是在设计时考虑用例并选择最合适的收割换能器形式。这些变化越来越多,现在包括使用小线圈和采用电磁感应的磁铁从其驱动产生电力的开关。

再加上合适的电源管理IC和电容存储,单次驱动可产生约0.3 mW的功率。以类似的方式,换能器可以连接到移动物体,例如门,以获得更高水平的功率。珀耳帖效应用于基于半导体的换能器,以从温度梯度产生能量,温度梯度存在于任何地方。振动,光,热,甚至射频辐射现在都是可靠的能源来源。

5.无法为无线应用产生足够的能量。

直到最近,这可能是真的,但技术仍在继续。最新版本的蓝牙低功耗(BLE)规范与超低功耗应用特别相关,现在可以采用这种最新创新的半导体解决方案。将这些发展与能量收集开关结合在一起已经得到证明。

产生的电量足以提供RSL10 SIP等设备,这是一种完整的系统级封装(SiP)解决方案,具有BLE连接和完全集成的天线。单次按压可以产生足够的能量,使RSL10 SIP能够记录开关驱动,从任何其他传感器进行测量,处理数据,并在每次启动时将其传输到蓝牙网关。这是能量收集在物联网应用中如何完全可靠的一个很好的例子。

BLE开关板

蓝牙低功耗开关板。

同样,KNX RF协议已证明具有相同的无电池通信能力。 Zigbee Green Power非常强大,只需一个开关按钮即可在室内30米范围内传输OnOff命令。

6.能量收集占用更多空间。

现在,公平地指出能量收集开关可能比常规开关更大。但就整个系统而言,您仍然可以获胜,因为您不必考虑AAAAA电池或电源变压器所需的空间。许多较新的解决方案旨在不引人注目,这也为前面讨论的产品设计开辟了新的机会。

热电传感器的厚度仅为几毫米,可以安装在散热器和金属外壳内部之间,完全看不见。通过这种方式,它们几乎不增加任何额外的厚度,并提供基本上是浪费的热量的自由能源。将其视为嵌入式电子产品的再生制动。

在考虑能量收集时工程师可能会考虑的另一个考虑因素是设计负担 - 难以使用吗?这里的好消息是,它每天都变得越来越容易。以上面的开关示例为例;该应用程序中使用的开关是完全集成的“即插即用”解决方案。它来自一家专门设计和制造传统开关和传感器的公司,但它看到了整合其专业知识并进入能量收集领域的机会。

安森美半导体的RSL10系统级封装。

随着新解决方案不断推向市场,半导体制造商越来越多地转向能源收集的理念。最常见的能量采集解决方案之一--LED庭院照明 - 也是设计简单性的最佳示例之一。这些器件仅需要简单的太阳能电池,存储电容器和上电复位发生器,以实现无线传感器通信。

8.它将影响最终用户的体验。

如果这是真的,那么它只能以积极的方式。无线技术仍被视为神秘,因此想象一下客户对电子设备的反应,不需要插入电源,也不需要更换电池。基于电子墨水的显示器是最近的另一项创新;它们仅在显示器改变时消耗功率,但不需要电力来维持显示器上的任何东西。将其中一个与能量采集器和一些超低功耗电子产品相结合,您就拥有了一个始终处于开启状态,始终保持最新状态的产品,并始终告诉您需要了解的信息。如果这不是一个积极的用户体验,我不知道是什么。

9.它只是把能量的负担放在其他地方。

这是一个有趣的观点,因为我们更加意识到使用能源的环境成本,但我们真的很欣赏能源的旅程吗?它从一个发电站开始,以我们的电子设备结束,但中间阶段都会造成损失。能量收集在使用点产生能量,在产生和消耗之间产生较少(如果有的话)中间(有损)步骤。

10.法律不要求这样做。

虽然现在没有义务使用收获的能源,但是关于如何使用能源以及如何消耗和回收有限资源的法律要求。这延伸到一系列影响电子行业的指令,最终以涓滴的方式传达给消费者。

但为什么要等待立法?采用能量收集有许多好处,包括使最终产品更具可持续性,因此对市场具有吸引力。没有听起来过于机会主义,为什么让你的竞争对手成为第一个将自己定位为环保型制造商的公司?

11.这不是一个全天候的解决方案。

希望前面的讨论已经证明,收获的能量不仅仅是在多云的天空中瞥见直射阳光。有很多方法可以从环境中清除能量,因此很难指出一个不能全天候工作的能量采集传感器。默认情况下,它们是自治设备;他们只需要暴露在环境中就可以开始产生能量。

能量收集正迅速成为维持物联网的重要部分,将能源放在使用点。这不仅减轻了发电的负担,而且还减少了我们对电池的依赖,电池会产生自己的碳足迹。随着物联网端点数量增加到数十亿,我们可以预期能量收集将成为明天互联世界的重要组成部分。

 

 

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