基于能源收集解决方案的现代技术解决了永动机问题

基于能源收集解决方案的现代技术解决了永动机问题

（2024年11月23日更新）

人类对科技改善生活的探索从未停止过，而在古代，由于缺乏科学知识，许多人陷入了不可行的境地。今天，科技探索似乎明显违背了科学知识。也许永动机是人类最常见的神话之一——一种不需要外部输入能量或只需要初始能量就能永远工作的机器。

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在历史上，永动机一直被讨论和研究，但许多人不知道它背后的意义。在人们的想象中，永动机是一种机械装置，它可以自动移动，举起重物，做一些有意义的事情。有些人在13世纪试图制造这种机械装置，但直到21世纪才真正制造出来。当然，在科学知识丰富的今天，人们明白这种机器是不可能制造的，因为它违反了能量守恒定律和热力学定律。然而，在当今领先的环境能源采集技术的授权下，一些看起来更像永动机的电子系统在生活或工业领域得到了广泛的应用。AD公司环境能源采集技术的三个应用案例解释了基于能源采集解决方案的现代技术实现永动机的解决方案。

微功耗能源采集技术使电力线监测始终在线

电网数据采集最常见的应用场景之一是节点监控系统，称为故障指示器。当线路故障发生时，它会检测并发出报警，使线路工作人员能够在最短的时间内维护故障设备。过去，由于电力公司的预算和资源有限，面对高累计采购成本和大量的定期维护工作，更多的故障指示器往往无法设施中部署更多的故障指示器。

基于ADP5091环境能量采集电力线监测解决方案

为解决上述问题，AD通过优化的最大功率点跟踪，开发了一种新型的线路传感器架构，实现了环境能量的有效收集和管理，实现了90%以上的功率转换效率。此外，具有宽动态范围和高压摆率的低功耗操作放大器支持罗氏线圈架构，并以电流测量精度将磁场干扰降到最低ISM执行波段收发器RF通信并支持传感器网络协议。该解决方案主要优势是能高效采集电能，而且只需更少的维护，并支持系统更快启动、功耗更低和运行更平稳。

核心芯片是ADP5091提供有限的能量收集(从16) μW到600 mW范围)高效转换，工作损失为亚μW级别。使用内部冷启动电路，调节器可低至380 mV在输入电压下启动。冷启动后，调节器可达80 mV至3.3 V正常工作在输入电压范围内。额外的150mA通过外部电阻分压器或VID引脚编程。通过检测输入电压，控制环可以将输入电压纹波限制在固定范围内，以保持稳定DC-DC升压转换。在OCV输入电压的编程调节点允许在动态检测模式和非检测模式下最大限度地提取收集器的能量。

基于塞贝克效应的温差发电功耗低，可穿戴可持续供电

根据塞贝克效应，温差发电的工作原理通常由数百个N型和P型材料的柱结构组成。从电路上看，它们通过串联增加温差电势，并通过并联连接提高传热中热能的使用效率。当设备两端存在温差时，热场驱动载流子运动，并在电路中形成温差电流，以输出功率。利用系统内温度变化产生的电能，特别是低功耗电路设计的系统，可以实现一些无法使用电池或电力线的低功耗应用。现在，人体热量甚至可以用来为可穿戴设备的传感器供电。

以AD高度集成的 DC/DC 转换器LTC以3108为例，常适合收集和管理TEG、输入电压电源的剩余能量，如热电堆和小型太阳能电池。一个3cm×3cm的TEG连上LTC3108，可产生3.3伏电压，在10度温差下，可产生60微安电流，可获得200微瓦功率。如果用于可穿戴设备，人体表面温度可能为35度。即使环境温度为25度，也可以有10度的温差。更大的温差可以产生更大的功率，并可以继续为可穿戴设备供电，以实现真正的免费充电。

LTC3108 TEG 能量采集装置的应用

无电池供电解决方案收集环境无线电能量

无线功率传输(WPT)该系统由气隙分离的两部分组成：发射(Tx)电路(包括发射线圈)和接收(Rx)电路(包括接收线圈)。与典型的变压器系统非常相似，发射线圈感应在接收线圈中产生交流电。然而，与典型的变压器系统不同，原边（发射端）和副边（接收端）之间的耦合程度通常很低。这是因为非磁性的存在AD一级代理材料(空气)间隙。

目前，大多数无线功率传输应用程序都配备了无线电池充电器。然而，如果特定的应用程序根本没有电池，相反，当无线电源可用时，只需提供一个稳定的电压轨道、远程传感器、测量、汽车诊断和医疗诊断领域，这些应用程序的例子非常常见。如果远程传感器只需要用户在附近读数，则可以根据需要进行无线电源。

LTC3588-1是纳安功耗能源收集电源的解决方案，专为压电传感器等高阻抗源优化，适用于无线电波环境能源收集。内置低损耗全波桥式整流器和高效同步降压转换器，将能量从输入存储器传输到输出，产生可支撑高达 100mA 负载稳定电压。使用显示在下图中LTC完整的发射端和接收端3588-1WPT解决方案(值得一提的是，该方案的供电距离适合2mm内部应用)。