能量收集更新

Manos Tentzeris教授,电气和计算机工程教授乔治亚理工学院,坐下来与半导体工程讨论能量收获。以下是摘录的谈话。

SE:什么是状态的能量收获和我们取得进展。

Tentzeris:最新的结果是系统效率高达40%至45%利用环境超高频(电视)的能量。这是目前扩展到其他领域,如无线网络,3 g / 4 g / 5 g电话能量。我们看到周围UHF-harvesting系统用于芯片运行3.5伏特利用能量从一个电视台。

SE:你如何得到能量?这个过程是什么?

Tentzeris:我们已经开发出一种整流器结合磁单极子的电荷泵和折叠双频天线——或者dipole-based甚至三维,最近利用“折纸”和3 d印刷方法。这些体系结构不是很复杂,很容易实现。挑战更多的是一个精确的能谱变化和效率模型和天线之间的整流器。基站的能量,这是四、五或六英里远。也就是说在超高频范围,500 MHz。典型的环境能量水平在这些频率范围是-20 - -35 dBm。它是小的。它在一个微瓦特的范围。但是有许多应用程序我们可以利用这个microwatt-level收获能量。如果你要1.8或2或3伏特直流输出电压,等于电压转化为最典型的集成电路。 Or we can utilize this energy to charge a supercapacitor, and then the supercapacitor discharges to activate the IC.

SE:频宽比的方法,对吧?

Tentzeris:是的。我们可以保证我们可以生成这些大量使用环境噪声中很小的波动从电视或收音机。这是一个能量收集方法。

SE:这会是用于什么?会使用智能手机,还是医疗设备?

Tentzeris:你可以将它集成到衣物,智能皮肤的机器对机器(M2M)和物联网设备(物联网),这将解决非常关键的驱动问题。如果你测量温度或血压,或者在不久的将来,葡萄糖,这将是第一个应用程序。对于植入式设备,这是一个不同的故事。一个更实际的方法将某种形式的近场无线电力传输。

SE:如果您正在使用任何感应生成,它增加了太多的热量。

Tentzeris:蛮力系统遭受三个主要问题。一个是高损失。第二个是一个戏剧性的传输效率的损失。你可以有一个效率从80%下降至40%或50%由于身体动作轻微失调。为了解决前两个的,你必须提供大量的电力。使用环境的方法,您可以使用一到两个数量级少一个植入式装置。对于传统的传输系统,使用一个或两个线圈,这是一个问题。对其他市场来说,这不是一个问题了。

SE:你乐观这种发电很快就会推出吗?

Tentzeris:对于物联网和植入式设备,我们将开始看到一些系统在未来12到18个月。

SE:这套吗?我们可能需要不同的电池吗?

Tentzeris:添加柔性超级电容器(supercaps)将发挥非常重要的作用在可穿戴传感器的激活。但权力更复杂的可穿戴设备你需要一种不同的能量收获,像近场费用从你手里拿着手机或者双向无线电。我们已经证明,你可以激活一些领导刻度盘或其他系统使用近场能量收获。

SE:多少依赖于更好的架构和设计,或者我们仍然需要不同的方法吗?

Tentzeris:如果你能开发可靠灵活的系统,而不用担心笨重和重型电池的使用,这将使它更容易设计可穿戴设备。典型的系统现在有电感,ICs,包,等等。收获,他们是适合其他类型的制造业。您可以使用塑料或纸基板。这些可以实现在一个非常小的形式,融入ICs的包。现在,您可以将这些组件的集成电路,你可以把所有这些传感器。

SE:可以完成目前的生产技术?

Tentzeris:大多数可以用加法制造,这种喷墨和/或3 d打印。

SE:这将会增加成本吗?

Tentzeris:这取决于形式因素。现在,你可以在毫瓦频宽比激活系统。智能手机,你需要9到12瓦特时,平均4 - 5瓦。目前,这些类型的功率水平的环境能量收集。我们下面2到3个数量级。

SE:在未来5年将是可行的,或要花20年吗?

Tentzeris:有很多的努力。效率在未来五年内将增长缓慢,这将是一个为低功耗设备解决方案。还有工作动能和热能收获。随着环境无线能量wearables-let说你有收获的结合这可能是另一个150毫瓦。所以你可能会有一个真正的解决方案在未来四到五年。但是你必须结合不同形式的收获。没有一个单独将充分完整的实用的可穿戴设备供电。

SE:从设计方面我们所听到的功耗会下降与不同的体系结构、处理技术和材料。

Tentzeris:那是真的。在过去的18个月里,有很多集成电路的激活电压较低以及在微瓦(“在”状态)和毫微瓦(“关闭”状态),以及优质的二极管supercaps。此外,加法制造(喷墨和3 d打印)加上“折纸”原则使小说微型柔性变形没有打扰天线以前所未有的效率特征能量收获。很快,我们将开始看到一个“乐高”大会和组合方法的所有这些技术在时变环境条件下最低功耗。

SE:这套像苹果看会发生什么,你只能得到两到四小时的积极使用?

Tentzeris:效率将提高,利用上述技术,尽管不断完善的情报可穿戴智能手表将实施更多的和更严格的要求。不过,我们将看到简单的battery-assisting动力学/环境能量收集方法推动两到四个小时很快六到八个小时。搬到两到四天,不过,需要更多收获的组合形式以及大幅提高储能能力常用的电池和supercaps。