樹電運行低功耗電路

發表時間:2020-10-07 12:09:26 人氣:452

美國華盛頓大學的一組研究人員成功地演示了樹木產生的電力足以獨立地維持定制電路的運轉。這個研究小組并不指望使用樹電替代太陽能,但這套系統可以為那些可能被用于檢測環境條件或森林火災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,研究人員發現大葉楓樹(校園里常見的一種樹)會產生穩定的電壓,高達數百毫伏。下一步就是設計一種可以在這種功率下運行的電路。這將需要開發一種升壓轉換器來接收低輸入電壓并將其存儲起來以產生更高的輸出電壓,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有的同類器件都低。這種器件將輸出1.1V的電壓,足以運行小功率傳感器。


這種電路使用130nm的部件進行設計,在運行中平均功耗僅為10nW。盡管使用了特殊的小功率器件,但升壓轉換器和其他電子器件將在大部分時間都處于休眠狀態,以保存能量。這就增加了復雜性,因為如果所有器件都進入休眠,系統將再也無法被喚醒。


為了解決這個問題,研究小組設計了一個在1nW下連續運轉的時鐘,這個功率大約是手表運轉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生一次電脈沖,實現了系統的周期性喚醒。


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