節(jié)能設(shè)計(jì):樹電運(yùn)行低功耗電路
美國華盛頓大學(xué)的一組研究人員成功地演示了樹木產(chǎn)生的電力足以獨(dú)立地維持定制電路的運(yùn)轉(zhuǎn)。這個研究小組并不指望使用樹電替代太陽能,但這套系統(tǒng)可以為那些可能被用于檢測環(huán)境條件或森林火災(zāi)的樹木傳感器提供一種低成本的選擇。
通過將釘子掛到各種樹上并連接至電壓表,研究人員發(fā)現(xiàn)大葉楓樹(校園里常見的一種樹)會產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓,高達(dá)數(shù)百毫伏。下一步就是設(shè)計(jì)一種可以在這種功率下運(yùn)行的電路。這將需要開發(fā)一種升壓轉(zhuǎn)換器來接收低輸入電壓并將其存儲起來以產(chǎn)生更高的輸出電壓,它需要適用于低至20mV的輸入電壓,這個輸入電壓要比任何現(xiàn)有的同類器件都低。這種器件將輸出1.1V的電壓,足以運(yùn)行小功率傳感器。
這種電路使用130nm的部件進(jìn)行設(shè)計(jì),在運(yùn)行中平均功耗僅為10nW。盡管使用了特殊的小功率器件,但升壓轉(zhuǎn)換器和其他電子器件將在大部分時間都處于休眠狀態(tài),以保存能量。這就增加了復(fù)雜性,因?yàn)槿绻衅骷歼M(jìn)入休眠,系統(tǒng)將再也無法被喚醒。
為了解決這個問題,研究小組設(shè)計(jì)了一個在1nW下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時鐘,這個功率大約是手表運(yùn)轉(zhuǎn)所需功率的千分之一。啟動之后,這個時鐘工作在350mV,大約是AA電池電壓的1/4。這個小功率的時鐘每幾秒鐘產(chǎn)生一次電脈沖,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的周期性喚醒。
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