太阳能传感器旨在提高物联网的能源效率

在超大规模集成电路技术和电路研讨会上，麻省理工学院的研究人员展示了一种功率转换器芯片，可以收集超过80%的能量。先前实验的超低功率转换器的效率只有40%或50%。该计划是将这项技术用于物联网(IoT)，以提高项目的效率和寿命。研究人员的芯片实现了这些效率的提高，同时承担了额外的责任。太阳能电池可以在直接为设备供电的同时给电池充电。

所有这些操作都共用一个感应器——芯片的主要电子元件——这节省了电路板空间，但进一步增加了电路的复杂性。即使考虑到所有这些因素，芯片的功耗仍然很低。

“我们仍然希望拥有电池充电能力，我们仍然希望提供一个可调节的输出电压，”麻省理工学院电气工程和计算机科学研究生、这篇新论文的第一作者Dina Reda El-Damak说。“我们需要调节输入以提取最大功率，我们真的想用电感共享来完成所有这些任务，看看哪种操作模式是最好的。我们希望在不影响性能的情况下，在物联网非常有限的输入功率水平(10纳瓦到1微瓦)下做到这一点。”

起起伏伏

该电路的主要功能是调节太阳能电池、电池和电池供电设备之间的电压。例如，如果电池在过高或过低的电压下工作太长时间，它的化学反应物就会分解，失去充电的能力。

为了控制流经芯片的电流，埃尔-达马克和她的导师，电器工程约瑟夫·f·基思利和南希·p·基思利教授阿南塔·钱德拉卡桑使用了一个电感器。当电流通过电感器时，它会产生磁场，磁场的设计是为了抵抗电流的任何变化。

在电感器的路径上投掷开关，使其交替充电和放电，因此流过电感器的电流不断上升，然后下降到零。控制电流可以提高电路的效率，因为它以热量的形式消耗能量的速率与电流的平方成正比。

一旦电流降为零，电感器路径上的开关需要立即抛出。否则，电流可能以错误的方向流过电路，这将降低其效率。复杂的是，电流上升和下降的速率取决于太阳能电池产生的电压，而电压是非常可变的。这意味着转换抛出的时间也必须有所不同。

电动沙漏

为了控制开关的时间，El-Damak和Chandrakasan使用了一种叫做电容器的电子元件，它可以储存电荷。电流越大，电容器充满的速度越快。当它充满时，电路停止给感应器充电。

然而，电流下降的速率取决于输出电压，而对输出电压的调节正是芯片的目的。由于电压是固定的，时间的变化必然来自电容的变化。El-Damak和Chandrakasan在芯片上安装了一组不同大小的电容器。当电流下降时，它给这些电容器中的一个子集充电。所选择的电容器是由太阳能电池的电压决定的。当电容器充满时，电感路径上的开关被翻转。

麻省理工学院

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