压电式器件简化振动能量收集原理介绍

能量收集的商业化可行性

尽管能量收集的概念广为人知已有多年，但在某种实际环境中实现这样一个系统却十分麻烦、复杂和昂贵。然而，采用了能量收集方法的市场实例包括交通运输基础设施、无线医疗设备、轮胎压力检测，而迄今为止最大的市场便是楼宇自动化。就楼宇自动化而言，诸如占有传感器、温度自动调节器和光开关等系统能够免除通常所需的电源或控制线路，取而代之是一个机械或能量收集系统。

同样，运用能量采集技术的无线网络能够将建筑物内任何数目的传感器连接起来，以在无人值守情况下通过切断非紧要区域的供电来降低采暖、通风和空调以及照明成本。此外，能量收集电子线路的成本常常低于电源线路的运行成本，因此，选用收集电能技术显然能够带来经济上的收益。

图1：典型能量采集系统的四个主要模块。

典型的能量收集配置或系统 (见图 1) 通常包括一种免费能源，例如：连接在某个振动机械源 (如空调管道或窗玻璃) 上的压电换能器。这些小型压电器件能够将很小的振动或应变差转换为电能。该电能随后可由一个能量收集电路进行转换并被变更为一种可用的形式，用于给下游电路供电。这些下游电子线路通常包括某种类型的传感器、模数转换器和一个超低功率微控制器。上述组件可以获取该收集能量 (以电流的形式存在) 并唤醒一个传感器，以获得一个读数或测量结果，然后使该数据可通过一个超低功率无线收发器 (由图 1 所示电路链中的第四个模块来表示) 进行传输。

该链路中的每个电路系统模块 (能源本身或许除外) 都特有一组迄今为止有损于其商业可行性的约束条件。低成本和低功率传感器及微控制器面市已有几年的时间；然而，超低功率收发器只是到最近才刚刚实现了商用化。不过，该链路中处于落后状态的则一直是能量收集器。

现有的电源管理器模块实现方案往往采用低性能的分立型结构，通常包括30个或更多的组件。此类设计具有低转换效率和高静态电流。这两个不足之处均导致了终端系统中的性能损失。低转换效率将增加系统上电所需的时间，这反过来又延长了从获取一个传感器读数至传输该数据的时间间隔。高静态电流则对能量收集电源能够低到何种程度有所限制，因为它首先必须超越其自身操作所需的电流水平，然后才能将任何多余的功率提供给输出。

新型压电式能量收集器

迄今为止，人们所缺少的一直是能够收集和管理来自振动源或应变源的压电能量、并具有低损耗全波桥式整流器的高集成度、高效率DC/DC降压型转换器。近期，凌力尔特推出的新型 LTC3588-1压电式能量收集电源极大地简化了从这类能源收集剩余能量的工作。