Battery-Free传感器系统铺平了道路

在科学家们寻求环境能量来源,可以在远程环境中传感器节点电池是不切实际或难以到达的设置,CEA-Leti需要宽阔的视野;它正在调查收集系统从micrometer-and-millimeter扩展到厘米级或更大。

研究所发表两篇论文在这些大小尺度的能量采集系统globalfoundries 2020:

• “Self-Tunable相移为压电能量收集与翻译30 nw MPPT IC实现446% Energy-Bandwidth改进和94%效率”,和
• “电磁机械能量收割机IC没有片外的组件和一个翻译转换时期MPPT实现端到端效率和95.9% 460%能源开采获得”。

能量收获是清除可用能源的行动从振动环境中,热梯度,或太阳辐射,并将其转化为可储存的电能。第一篇论文提出了一种系统的振动能量转化为电能的压电材料固定在梁。第二个项目探索把振动能量转化为电能通过振荡线圈磁铁。收割的人在这两种方法需要特定的集成电路接口提高存储,收获能量。

系统可以由围绕能源允许比电池系统寿命更长。特别重要的应用,如传感器植入人体内部,或传感器放置在重要环境如汽车、火车和飞机。而第一篇论文侧重于小规模能量收获应用系统必须尽可能小,即体内,第二篇论文的重点是规模较大的设备,例如家庭自动化(domotics)和航空应用程序。

”的一个重大问题当从振动收获能量收割机的带宽,尤其狭窄的共振频率的收割机,”阿德里安·莫雷尔说,第一篇论文的第一作者。“的确,振动,自然,不可预测的:他们的频率可能随时间变化,不将好与固定矿车振动共振频率能量。”

Self-Tunable压电能量收集IC

团队在压电能量采集电路的研究,其中包括研究人员SYMME萨瓦勃朗峰大学实验室,设计了一种自适应电接口,收集的能量收割机和动态调整收割机的共振频率。这导致446%的收获更大的带宽,这是最大的带宽中最先进的解决方案。自供电的收获和调优,和他们的总消费(约1µw)至少两个数量级低于收获能量振动环境中的可用(100µw 1 mw)。

“端到端电路的效率高达94%,这是最高的效率比其他采集电路,可以在文献中找到,”莱尔说。

电磁能量收割机集成电路

第二篇论文描述的收割机IC制造达到发布的端到端效率最高,高达95.9%,大大降低了比尔的材料成本。IC能源开采收益达到210%和460%,分别比全桥整流器在周期性振动和冲击条件。

“前所未有的95.9%的端到端效率之间的乘法因子提取效率和转化效率,”安东尼Quelen说,第二篇论文的第一作者。“实时最优的提取效率最大化输入阻抗生成器。转换效率最大化与新增加建筑使用收割机线圈。”

460%的能源开采获得收获能源的对比新的集成电路接口和收获能量shock-mode励磁下的一个标准的全桥整流器接口。

这些结果的方式指向明显的商业化vibration-powered系统。这些矿车可以补充或更换电池,使可能的广泛部署传感器节点监测和从森林、沙漠、桥梁和建筑。他们也可能导致自治的发展(发条式)传感器用于恶劣的环境,如高温、和访问是困难的地方,比如人体或飞机引擎。此外,低成本的ICs最大化端到端效率是关键驱动更多的用户部署物联网网络与多个传感装置。