能量收集 供电和应用

原书前言
随着电路和半导体技术的不断发展，微电子电路和系统的功耗逐渐降低。另外，通过材料和系统的改进，太阳能电池、热电和感应发电机等能量传感器的效率正在提高。因此，能量传感器能够利用周围的能量为小型电子设备供电，如传感器、微控制器和无线收发器。这项技术被称为“能量采集”或“能量收集”，这些电力供应系统通常被称为“能源自给自足系统”或“自供电系统”。
一方面，能源收集电力供应替代了传统应用领域的电池，如消费产品、家用电器、测量和监测应用，以及家庭自动化系统。如果电池不能被完全替代，至少可以延长下一次充电的时间。通过去除电池，可以显著地减少浪费和电池更换工作。
另一方面，在偏远或无法进入的地区，无线传感器等带有能量收集系统的新应用也成为可能。例如医疗植入物，机器、发动机或植物或旋转设备中的集成传感器。此外，在能源收集的情况下，无限的操作和待机时间是可能的。
无线传感器网络的研究和发展与能量收集密切相关。无线传感器网络的优点并不能全部通过电源线或电池更换维护来实现。特别是在网状网络中节点数量越来越多的情况下，要求电子设备能够实现自供电。
目前，在这一领域已经有一些专业的应用，主要是在建筑和家庭自动化领域、消费产品和状态监测领域。与此相反，研究和开发项目中提出了一个巨大的能量收集应用领域，特别是在无线传感器节点上。
德国的应用研究的领先机构Fraunhofer Gesellschaft和Hahn-Schickard-Gesellschaft对本书做出了巨大贡献，他们都是面向应用研究和开发的提供商。他们从事公共资助项目，也为世界各地的工业公司提供研究和开发服务。
因此，本书论述了能源收集的基础知识，重点关注应用程序的实现。每一章都介绍了一种能量收集的特殊核心技术，包括不同的传感器原理和相关材料、电源管理、存储设备和系统设计。后一章介绍了能量收集以及相关系统架构和应用设备的不同应用，并讨论了相关的转换器类型。
编　　者

本书系统地介绍了如何利用现有技术进行微能量的收集及应用，具有内容系统全面、范例丰富详尽、原理深入浅出、理论与实际紧密结合等特点。
本书共12章，分别讲述了自供电系统的工作原理和系统组成、传感器所能收集的各种能量形式、压电式传感器的工作原理、电磁传感器的工作原理、静电传感器的工作原理、热电发电机的工作原理、太阳能电池的系统组成、DC-DC转换器在微能量收集和转换中的应用、AC-DC转换器在不同工作场景下的应用、射频技术在微能量传输中的应用、电子缓冲存储器在能量收集中的应用、能量收集电源的应用领域及其系统架构。
本书可作为高等院校微电子、电子工程、仪器仪表、新能源等专业本科生和研究生的教材和参考书，也可供从事相关领域工作的技术人员参考。

译者序原书前言
第 1章　系统设计 ······················ 1 
1.1　介绍···························1 
1.2　输入能量 ························2 
1.3　能量转换器 ························5 
1.4　整流器 ··························8 
1.5　电源管理单元 ·······················9 
1.6　负载设备 ························10 
1.6.1　连续和间断负载运行···················11 
1.6.2　低功耗传感器 ·····················13 
1.6.3　低功耗微控制器和收发器·················15 
1.7　储能元件 ························16 
1.8　多个输入能量的组合····················17 
1.9　能量平衡运行 ·······················17 
1.9.1　能量平衡运行的一般条件··················20 
1.9.2　N种功耗模式下的能量平衡运行条件··············22 
1.10　结论····························23
参考文献·····························24
第 2章　输入能量 ························ 28 
2.1　机械能 ···························28 
2.1.1　特征参数 ·························28 
2.1.2　测量装置 ·························32 
2.1.3　实验装置 ·························33 
2.2　光······························35 
2.2.1　常用光源的光谱·······················36
2.2.2　测量技术 ························37 
2.2.3　实验装置 ·························39 
2.3　热能····························41 
2.3.1　参数表征 ·························41 
2.3.2　测量设置 ·························42 
2.3.3　实验装置 ·························47
参考文献·····························48
第 3章　压电式传感器 ······················· 51 
3.1　历史·····························51 
3.2　材料加工 ··························51 
3.2.1　物理现象 ·························53 
3.2.2　机电一体化模型·······················56 
3.3　功率转换 ··························59 
3.4　电网阻抗 ··························62 
3.4.1　弱耦合 ··························63 
3.4.2　电阻和功率·······················65 
3.5　几种相同传感器的应用···················