能量收集轉(zhuǎn)換中的電壓不是功率，但我們?nèi)匀豢梢岳盟?/h1>
在過去的十年間里，物聯(lián)網(wǎng)傳感器設備以它可實現(xiàn)的更智能、更便捷、更廣泛的連接引發(fā)了業(yè)界和大眾媒體的關注，在提高農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量、道路交通流暢、工廠生產(chǎn)效率等方面發(fā)揮了積極的作用?？梢哉f，幾乎各個行業(yè)都在采用物聯(lián)網(wǎng)傳感器和智能設備變革企業(yè)的運營模式。鑒于物聯(lián)網(wǎng)所展現(xiàn)出的種種優(yōu)勢，Machina Research預計2025年全球物聯(lián)網(wǎng)設備（包括蜂窩及非蜂窩）聯(lián)網(wǎng)數(shù)量將達到252億個。
物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應用無疑是令人鼓舞的，但隨著全球數(shù)字化進程加快，一個共同的痛點浮現(xiàn)在人們眼前：物聯(lián)網(wǎng)傳感器設備的電池壽命是有限的，龐大的電池數(shù)量不僅帶來了高昂的維護成本，廢棄后的電池還會給環(huán)境保護帶來更大的負擔。
種種因素驅(qū)使著物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)一種全新的供電方式，它們能夠從自然環(huán)境中獲取能量，而并非依賴電池或其他類型所產(chǎn)生的電力，這種技術(shù)被統(tǒng)稱為能量采集技術(shù)。其原理主要是通過采集環(huán)境當中的光能、溫差、振動、射頻（RF）等能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能。以這種方式產(chǎn)生的電力可以存儲在電容器或充電電池中以維持電子系統(tǒng)正常工作。
環(huán)境中的能量形式不僅多種多樣，還可提供穩(wěn)定的采集源頭，但難點在于這些能量強度較為微弱，且呈零散狀態(tài)。因此，不同能量采集的方法各有差異，下面為大家簡單介紹以上幾種主流能量的采集原理和設計思路。
能量收集源有很多選擇，例如局部熱量或振動，但最普遍的可能性之一是抓住我們周圍的一些雜散射頻場能量，從低頻到千兆赫范圍。哎，不用，真的會浪費。299792458米/秒的速度永遠持續(xù)下去。
這就是為什么杜克大學最近的發(fā)展看起來很有趣的原因。它涉及使用高度工程化的超材料來構(gòu)建900 MHz 到 DC 的換能器。研究人員表示，他們的設備可實現(xiàn) 37% 的效率。這非常令人印象深刻，尤其是當我們考慮到好的太陽能電池達到 10% 左右并且（出于明顯的原因）不能 24/7 全天候使用時。
我對杜克大學關于這一發(fā)展的新聞稿持懷疑態(tài)度。為了讓觀眾了解這個概念，作者說，通過串聯(lián)使用超材料單元，該設備能夠產(chǎn)生 7.3 V 的輸出，高于標準 USB 端口。
盡管這實際上是正確的，但暗示這種超材料面板可以充當 USB 充電器或類似電源。那樣就好了。但任何閱讀本文的人都知道，即使它可以提供該電壓，電流水平也會很低。在捕獲場中通過的射頻能量并不多。Applied Physics Letters 中的完整技術(shù)論文顯示，研究人員在 70-Ω 負載中產(chǎn)生了大約 100 mA 的電流，這非常令人印象深刻。
7.3 V 標簽讓我想到工程師與電壓和電流之間的愛/恨關系，因此與能量和功率（能量傳遞的速率）。有時所需的具體值由物理定律決定。如果我們想電離氣體（例如氖管）或跳過火花隙，則需要幾千伏但電流很小。當我們想要進行諸如驅(qū)動電機之類的實際工作時，我們將需要更多的電流來提供動力——以更高的電壓來降低 I 2 R 損耗并提高整體效率。
相比之下，智能手機所需的電壓和電流由專為極低電壓設計的 IC 決定，這是由于低功耗的必要性。一般來說，低個位數(shù)的電壓很難有效地工作——不是因為電阻損耗，而是因為不可避免的 0.6 到 0.8 V 的二極管壓降可能會大大占用我們的可用電源電壓。
我們?nèi)绾芜x擇要使用的電壓和電流值？與大多數(shù)工程情況一樣，答案很明確：視情況而定。對于某些情況，例如氣體電離或智能手機，我們別無選擇；這些數(shù)字由物理、可用組件或行業(yè)標準決定。在其他情況下，工程師可以靈活選擇（在限制范圍內(nèi)）。關鍵是要找到在電力輸送、系統(tǒng)效率、可用組件、安全要求（在不同級別啟動）和成本方面效果最佳的電壓/電流組合。
我們是否必須分析和選擇工作電壓和電流水平？你是如何做出平衡不可避免的權(quán)衡的決定的？
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