用于發(fā)電的替代能源系統(tǒng)是關鍵的產品開發(fā)項目。作為產品運營成本的直接組成部分，運營能源的產生和獲取現在已成為設計周期的一部分。 Nanopower電子設備，用于電力創(chuàng)建/監(jiān)管的PZT接口以及PV都是用于基礎設施級和移動設備的所有方法。這些能量收集選項的設計和應用與系統(tǒng)的其他部分相關，現在是使用模型的關鍵部分。開發(fā)套件允許同時進行能源和消費產品的軟件開發(fā)。

低功耗系統(tǒng)

當人們談論“非電池”供電系統(tǒng)時，人們首先想到的是具有令人尊敬的八位數，四功能太陽能計算器（見圖1）。這些設備從高科技到商品化產品，功率優(yōu)化到低成本產品，現在可作為贈品。關鍵是降低工作功率和峰值電流消耗。這些變化是通過設計技術實現的?，F代移動設備基于工藝細化和設計而降低功率。結果是，現在可以在由備用能量產生部件提供的功率預算內操作更大的系統(tǒng)。

圖1：標準四功能太陽能計算器。

這些新系統(tǒng)需要在低電壓（3.3 V及以下）和低電流（亞mA范圍）下運行。為了幫助管理這些設計，外部電源調節(jié)器和存儲元件用于在電路運行時保持穩(wěn)定的功率。這些低功耗設計通過典型的“循環(huán)”峰值功率模式來識別，這些功能模式是在邏輯開關同步時鐘邊沿時或模擬信號鎖存到數字接口部分時產生的。這些低功耗設計的關鍵性能方面是它們隨附的軟件開發(fā)套件。它們允許構建應用程序和功能，在運行時，將電子系統(tǒng)保持在設計所針對的低功耗外殼內。這些系統(tǒng)有兩種形式：帶電源的交鑰匙開發(fā)系統(tǒng)，低功耗電子設備和軟件開發(fā)套件（SDK），以及作為獨立的低功耗產品和獨立發(fā)電組件，需要定制軟件限制才能使應用程序正常工作。

太陽能發(fā)電系統(tǒng)

太陽能發(fā)電是移動電子產品中最著名的替代能源之一。功率單元非常直接地以串聯和并聯的方式連接，以產生支持系統(tǒng)的工作電壓和電流。主要問題是太陽能電池板的面積效率和透鏡設置。它們往往對產品的工業(yè)設計很大且具有侵入性。透鏡設置有助于確定室內（熒光）與室外照明的有效效率。為了幫助設置，可以使用交鑰匙套件，例如德州儀器太陽能收集套件（Digi-Key部件＃EZ430-RF2500-SEH太陽能收集開發(fā)工具）。 TI太陽能收集套件包含太陽能電池，儲能組件和超低功耗MSP430 MCU。該系統(tǒng)還包括一個帶指示燈和USB接口的開發(fā)板，讓開發(fā)人員可以創(chuàng)建獨立的永久運行的無線傳感器網絡。該環(huán)境還包括功率優(yōu)化的CC2500 2.4 GHz無線收發(fā)器，旨在與太陽能電池配合使用。

圖2：TI太陽能收集套件 - 功能和組件。

圖2顯示了開發(fā)套件的功能和組件。圖3顯示了微控制器單元板上的結構和連接及其與主太陽能集熱器單元的連接。開發(fā)套件是模塊化的，因此您可以將微控制器連接到電池進行功能測試，USB端口用于調試和程序傳輸，太陽能收集器模塊與能量電池連接以實現實際操作。

圖3：TI太陽能收集套件 - 連接和開發(fā)選項。

其他開發(fā)套件，如Microchip Technology的XLP能量收集開發(fā)板，也有太陽能收集系統(tǒng)。該電路板設計采用Cymbet EnerChip可充電儲能電池。這些固態(tài)設備也可從Digi-Key獲得，是超級電容器和電池的替代品。它們能夠在100μA吸取時以50μAh的電流提供高達3.8 V的電壓。 Microchip評估板具有16位版本的PIC處理器。這些低功耗設計元件的工作頻率為35μA/MHz，而實時時鐘/日歷等功能的工作電流低至470 nA。該器件再次具有板載存儲器，I/O和RF組件。它由軟件開發(fā)系統(tǒng)支持，允許您將應用程序功能編程到16位處理器中;它可用于為許多應用程序段創(chuàng)建原型。開發(fā)工具包如圖4所示。

圖4：Microchip太陽能開發(fā)套件。

這個和許多開發(fā)套件的關鍵部分是應用軟件開發(fā)部分，例如Microchip/Cymbet Energy Conscious軟件程序。識別各種任務的功率預算，并且軟件允許設計者通過自身或組合來計劃何時以及哪些塊“開啟”，以及充電/放電狀態(tài)的能量收集狀態(tài)。由于大多數備用能量系統(tǒng)中的電源是瞬態(tài)的，并且在電子設備的使用期間不一定處于峰值水平，因此穩(wěn)定功率元件（超級電容器，能量電池等）的下降是高優(yōu)先級的。

除了開發(fā)套件外，Digi-Key還提供用于太陽能收集的單個組件。其中包括Clare，IXYS Corporation，Parallax，Inc。和Sanyo Energy的太陽能集熱器; TE Connectivity，Molex和Amphenol Industrial的連接器;美國國家半導體（現為TI）的熱管理，以及AVX公司，Cooper，Nichicon，Panasonic，Seiko Instruments，Inc。等公司的超級電容/超級電容/電池。正如開發(fā)套件示例的圖像所示，Cymbet Eval-08太陽能收集器等標準化模塊被多個供應商使用，也可用作定制應用的基礎。

能量收集系統(tǒng)

除了用于產生能量的太陽能之外，還有一些技術用于運行傳感器和系統(tǒng)。更常見的方法之一是使用高阻抗源（如壓電傳感器（PZT））轉換運動和壓力。凌力爾特公司生產單芯片壓電能量采集電源LTC3588。 LTC3588-1集成了低損耗全波橋式整流器和高效率降壓轉換器，形成了針對高輸出阻抗能源（如PZT）優(yōu)化的完整能量收集解決方案。圖5顯示了如何使用LTC3588構建PZT能量收集系統(tǒng)的示意圖。圖5：Linear Technologies PZT能量收集開發(fā)套件示意圖。

Volture等制造商提供了許多不同的PZT設備。這些裝置基于傳感器的方向和變形量產生電信號。 Volture的器件是雙器件，可以串聯或并聯連接，具體取決于所需的輸出電壓和/或輸出電流，以供給穩(wěn)壓器電路。 PZT傳感器的操作和連接如圖6所示.PZT設備的標稱配置是將其作為并聯配置進行連接。這樣可以在電流加倍時提供單個電壓電平輸出，并使容性負載加倍。大多數跟進電路都面臨著在功率方程中沒有太多電流來滿足整個設計的挑戰(zhàn)。新的系統(tǒng)電子設備已經擴展到較低的電壓水平，但尺寸和性能能力直接與可用的電流量成比例。

適用于基于PZT的能量收集的基于運動的系統(tǒng)包括工業(yè)健康監(jiān)測器，電機振動，HVAC傳感器，移動資產跟蹤，胎壓監(jiān)測，車輛監(jiān)控/交通監(jiān)控傳感器以及油氣傳感器。

圖6：Volture PZT雙傳感器。

電力存儲和分配

備用能源系統(tǒng)的結構包括一個產生電信號的集電極元件（太陽能，PZT，風等）。然后該信號進入整流器/調節(jié)器以將波形轉換為DC信號。然后對得到的DC信號進行濾波以消除噪聲并提供控制功能，并最終存儲在基于電壓的元件中。這些存儲元件包括簡單的電容器和電感器，電池，超級電容器和電池。然后將這些存儲容器的輸出連接到標準DC-DC轉換器和調節(jié)器，以連接到系統(tǒng)電子器件。

這些元素是用于能量收集和非能量收集應用的標準產品。該系列的主要成員是功率調節(jié)和控制組，其可以將存儲在“儲存器”元件中的能量分配并且在具有可變電流的固定電壓下分配。這些收獲系統(tǒng)中的大多數都面臨著在中央儲存庫中將所發(fā)現的能量合并在一起以創(chuàng)建單一源功率抽取的挑戰(zhàn)。這些調節(jié)元件構成一類稱為電源管理IC（PMIC）的部件。它們包含DC-DC開關控制器和穩(wěn)壓器，低壓差（LDO），線性和開關器件以及大功率晶體管器件。 Digi-Key擁有超過40家支持發(fā)電空間的設備供應商，最大輸出電流范圍為μA至8A。單芯片穩(wěn)壓器是一種獨立技術，具有通用元件 - 低引腳數（少于6個引腳） ）;支持散熱片的封裝;和高可靠性，因為它們是終端電路系統(tǒng)的恒定“開”部分。

包括高電流和高功率水平的大規(guī)模系統(tǒng)通常不使用單芯片集成穩(wěn)壓器和整流器系統(tǒng)。相反，他們使用分立或成對的功率器件來創(chuàng)建高壓橋。對于更大規(guī)模的太陽能系統(tǒng)，太陽能逆變器（DC-AC轉換）和風力發(fā)電系統(tǒng)，功率分立晶體管的使用是常態(tài)。 Digi-Key承載功率器件，可處理100μA范圍至60 A范圍內的電流和高達1200 V的電壓。這些器件可作為JFET，BJT和IGBT，來自許多供應商（40多家），其中包括STMicroelectronics，IXYS Corporation ，ROHM半導體，安森美半導體，飛兆半導體和美國國家半導體（現為德州儀器）。