電源是可穿戴式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者一個(gè)顯著的挑戰(zhàn)。作為功??能的需求的增長(zhǎng)，所以沒有功耗。的新工藝技術(shù)和電源管理的發(fā)展有助于減少可佩戴設(shè)計(jì)內(nèi)的設(shè)備的電力消耗，但這些都是空間受限的設(shè)計(jì)具有小電池。正因?yàn)槿绱?，?duì)電源的需求似乎不斷超過一個(gè)電池，以供應(yīng)所需要的智能手表，健身跟蹤器，位置監(jiān)視器和無線鍵的能量的能力。
從環(huán)境中收獲能量以延長(zhǎng)電池的壽命可佩戴設(shè)計(jì)一種方式。代替具有充電小電池，每12小時(shí)，滴入將細(xì)胞與少量能量充電，而充電時(shí)的系統(tǒng)處于睡眠模式下的電池，可提供更多的電力，延長(zhǎng)充電之間的時(shí)間。
這種能量可以來自多種來源。“傳統(tǒng)”的能量收集技術(shù)，可穿戴式的設(shè)計(jì)是太陽能。手表有太陽能發(fā)電多年，攻到超低功耗石英晶體和單色LCD顯示器。然而，隨著彩屏，無線鏈接，通知從智能手機(jī)，甚至是智能手表能力的電力需求進(jìn)行呼叫從表直接有顯著增加的電力需求。當(dāng)前智能手??表需求變化從205毫安至420毫安時(shí)，后者給出每天和操作的一半。
其它技術(shù)正在涌現(xiàn)，可以用來提供電源。透明的太陽能電池提供有超過一屏覆蓋的能力。其中第一，通過無處不在的能源來自研究在密歇根州立大學(xué)開發(fā)的，采用的是透明發(fā)光太陽能聚光器。這包括吸收紫外光和紅外光的特定的非可見光波長(zhǎng)，它們?nèi)缓蟀l(fā)光的作為另一個(gè)紅外線波長(zhǎng)的有機(jī)鹽。在小區(qū)邊緣的收藏家然后拿起光。目前的效率僅僅是1％，但研究人員希望增加至5％。
圖1：透明的太陽能電池可以被用于驅(qū)動(dòng)可穿戴的設(shè)計(jì)。（來源：無所不在的能量）
壓電晶體已經(jīng)用于捕獲行走的運(yùn)動(dòng)，并將其轉(zhuǎn)換成電力，而被研究用于可穿戴系統(tǒng)的其他技術(shù)挖掘體的移動(dòng)。纖維摩擦可以加以利用的能源，從襯衫的材料進(jìn)行收集纖維。
無線電功率甚至可以從電磁波譜清除。德雷森技術(shù)在英國(guó)已呈原型系統(tǒng)，從環(huán)境捕獲RF能量。在辦公室或外部環(huán)境測(cè)定的平均射頻密度范圍為20?35納瓦/厘米2和Freevolt技術(shù)旨在拿起第三到的這一半通過一個(gè)新的多頻帶天線設(shè)計(jì)供電。的限制是天線的大小，所以竊聽在服裝導(dǎo)電纖維會(huì)提高所捕獲的能量的量的一種方法。
尿甚至可以用于電力的燃料電池。在布里斯托爾生物能源中心的研究人員利用小型化微生物燃料電池（MFCs），以功率一雙襪子的無線收發(fā)器。可佩戴的MFC系統(tǒng)通過燃料電池泵浦尿和運(yùn)行成功的無線傳輸板，這是能夠每?jī)煞昼姲l(fā)送一個(gè)消息到計(jì)算機(jī)控制接收模塊。
圖2：研究人員已經(jīng)開發(fā)出轉(zhuǎn)換尿成能量，功率為個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)不含電池的無線收發(fā)器的襪子。（來源：西英格蘭大學(xué)）
他們都分享積累和管理生成的微功耗，并與來自電池的能量相結(jié)合的能量收獲功率相同的挑戰(zhàn)。這需要在設(shè)備先進(jìn)的電源管理算法，如LTC3331從凌特和MAX17710從美信集成。
該LTC3331集成了一個(gè)降壓 - 升壓型DC / DC從充電電池供電的高壓能量收集電源在一個(gè)5×5毫米QFN封裝是小到足以擠入創(chuàng)造能量收集供應(yīng)單輸出電源可穿戴式設(shè)計(jì)。一個(gè)10毫安分流使電池采集的能量的簡(jiǎn)單的充電而低電池?cái)嚅_功能可以保護(hù)深度放電電池。
集成全波橋式整流器和一個(gè)高壓從源降壓的DC / DC收成能源，要么轉(zhuǎn)換器可以以一單一輸出傳遞能量到可穿戴設(shè)計(jì)的主控制器和收發(fā)器供電。降壓時(shí)采集的能量是可用的，減少了對(duì)電池200的靜態(tài)電流nA的要求的分流充電器工作。這擴(kuò)展了使用電池作為降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器只有權(quán)力設(shè)備時(shí)采集的能量不可用。
圖3示出了用于連接到能量采集源，例如太陽能電池或壓電晶體的典型電路。這顯示了如何從源輸入的變量可用于當(dāng)控制器和收發(fā)器處于睡眠模式到一個(gè)可穿戴系統(tǒng)的電池充電。
圖3：太陽能或壓電源采用凌力爾特收獲能源LTC3331和而可穿戴系統(tǒng)處于睡眠模式下的電池充電。
從美信集成的MAX17710采用簡(jiǎn)單的升壓穩(wěn)壓控制器來支持從低電壓太陽能電池和其他來源的能量采集。這種收割能量降至大約1值為fW以脈沖收獲模式和高達(dá)100毫瓦連續(xù)轉(zhuǎn)換。為一個(gè)0.8V，收獲源和4.1V，細(xì)胞，該設(shè)備可以在20 MA（80毫瓦）提供，只要在收獲源能夠支持。
圖4：接口的低電壓能量收集源諸如太陽能電池向Maxim MAX17710電源管理。
圖4示出了從低電壓的太陽能電池陣列的典型應(yīng)用升壓電路升壓收獲。這里，直到FB上的電壓超過FBON閾單元陣列充電47 fF的收獲源電容器。這會(huì)觸發(fā)LX引腳拉低，迫使電流通過外部電感。LX振蕩在一個(gè)固定的1.0兆赫與90％的占空比。每次LX由該裝置中釋放，電感器強(qiáng)制LX以上CHG的電壓和充電0.1 fF的CHG端子電容器。如CHG上升到電池電壓時(shí)，電荷被傳遞。
對(duì)于可穿戴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者所面臨的挑戰(zhàn)是在電容器和電感器的尺寸，以確保它們裝配到小形狀因數(shù)。CHG引腳電容應(yīng)盡量減少0.1 FF進(jìn)行最高的充電效率，但收獲源電容必須是最小的比CHG引腳電容以提高最壞情況下充電引腳最高充電電壓大70倍。這造成兩個(gè)電容器之間的平衡。增加收獲源電容器超過這個(gè)水平的大小提高在穿戴式（<10 FW）使用的低輸入功率電平充電電路效率; 但設(shè)計(jì)人員必須要小心，不要增加電容器??如此之大，收獲源無法克服的電容的漏電。為此47 FF的最大值被推薦為在表1中。
|
申請(qǐng)費(fèi)源 |
CHG
電容（μF） |
最小LX
電感（μH） |
推薦
LX電感（μH） |
最小收獲
電源電容（μF） |
推薦嘉實(shí)
電源電容（μF） |
| 高壓 |
0.22 |
N / A |
N / A |
N / A |
N / A |
| 低壓<10μW |
0.1 |
0.85 |
1.5 |
7.0 |
47 |
| 低壓> 10μW |
0.1 |
0.85 |
1.5 |
7.0 |
7.0 |
| 高電壓和低電壓<10微瓦 |
0.22 |
0.85 |
1.5 |
15.4 |
47 |
| 高電壓和低電壓> 10μW |
0.22 |
0.85 |
1.5 |
15.4 |
15.4 |
表1：為MAX17710為一系列不同的能量收集源的元件值
還需要0.68的fH的最小電感值，以防止最大電流額定值LX引腳的被超過，并且升壓電路二極管必須是高速的肖特基，如ZLLS410TA從Diodes公司。二極管必須迅速打開LX驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉時(shí)，鉗位在6.0 V以下LX引腳電壓上升。如果超過了最大電壓LX引腳可被損壞。
升壓轉(zhuǎn)換器直接從細(xì)胞繪制其靜態(tài)電流，使得它可以有效地啟動(dòng)，所以僅使用它時(shí)，它可以提供更多的功率比升壓變換器從細(xì)胞消耗是重要的。這可以只要CHG電容器是大到足以提高CHG電池引腳上的電壓高于被保證。
結(jié)論
集成能量收集到可穿戴設(shè)備和個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。能源正在改善所有的時(shí)間和產(chǎn)生更多的功率，硅的功率需求正在下降，并且電源管理技術(shù)提供有效的方式來的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通過仔細(xì)上漿周圍電源管理設(shè)備的組件，它們可用于與低電壓源，例如壓電和太陽能電池可穿戴系統(tǒng)。
