把LED设计进可穿戴电子产品
时间：10-02
整理：3721RD
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在可穿戴式和能量收集设计中，干的效率越高，指示灯就越亮。本文着眼于如何最新的发光二极管的技术可以用来提供重要的反馈，在超低功耗系统。
氮化镓（甘）是一个非常有趣的能量收集系统的材料。3.5电子伏特的带隙有很好的建筑发光二极管的设备，以及更高的电子迁移率和更高的效率比硅允许这些发光二极管运行在较低的电流，打开他们的超低功耗应用程序，可以从环境中获取能量。它不仅是一个令人兴奋的发光材料，但也有研究如何将材料也可以被用来作为压电设备来产生功率本身的运动。这2个趋势是引导甘为令人兴奋的新领域，在可穿戴和医疗电子。
传统上一直很难使成本有效的体积，作为基板的甘结构碳化硅（碳化硅）或蓝宝石来处理的热量，该设备可以产生。最近的事态发展，低成本的硅衬底来代替，使标准CMOS设备和硅片应用，使基于GaN的LED大大降低成本。这开辟了使用这样的发光二极管在低功率水平上灵活的基板和可穿戴式设计的可能性。
能量收集应用的关键问题是电力消耗。然而，由于这些都是高亮度发光二极管，该设备可以减少在大小和功率，还提供了一系列可穿戴式设计，如系统监控，甚至在材料的装饰。
纯干发光二极管是在紫外和蓝底的光谱，最初是作为激光在蓝光系统，但可以掺杂有铟和铝，产生绿色和白色的光。这使得使用较高的电子迁移率和带隙的干，并提供了一系列的颜色的发光二极管。这些可以通过振动或太阳能电池从运动中获取能量的能量。从运动的振动能量可以由压电装置拍摄，如溴化v22b，送入电源管理子系统，提供电源直接对LED或，更常见的是，费电池为能源储存。
一些研究人员一直在寻找进一步整合为发光二极管，也使用纳米线作为压电发电机，使材料也可以用来产生所需的功率。
摭言陈在乔治亚理工学院材料科学与工程学院领导了一个研究小组从台湾国立清华大学，中国北京大学和冶金与材料在发光的LED模块基于n型GaN纳米线在p-GaN衬底阿拉巴马大学工程系。原来，氮化镓纳米线的LED可以点燃的功率由氧化锌（ZnO）提供基于纳米线的纳米发电机，展示一个自供电的LED。
图1：一个用于自发光二极管的纳米压电能发生器的阵列。
基于纳米线的GaN LED特别有趣，由于较高的流明，效率高，比传统的照明模块的低功耗。LED是利用纳米线3至4μm长，直径为5 nm的电子束光刻建。虽然这不是一个商业的过程，这表明它可能会产生约30000μm2有效发光面积
该团队还开发了压电纳米发电机基于GaN纳米线所提供的输出功率密度接近12.5 mW/m2有25毫伏的电压。如果这些纳米线可以编织成一种材料，这就可以用来捕捉运动所产生的力量，作为一种内在的服装，产生大量的力量。然而，使用氧化锌提供了一个20伏的输出为GaN为首。
为获取能量的过程中，电路连接在充电与 NGs 和整流二极管电桥回路所产生的电荷存储在一个47μF的电容。在充放电过程中，当它被准备亮的时候，连接被改变到放电回路。在10层的氧化锌集成发电机，一个电容器是完全充电503秒后，十个充电电容器串联连接，以工作为约20 V电源供电时，开关与放电回路连接，GaN NW LED灯亮了3秒。
类似的工作是由教授Keon Jae Lee在韩国KAIST所做的。他已经展示了灵活的GaN LEDs 已经建立在散装晶圆，然后转移到一个塑料基板，使他们可以使用在灵活和可穿戴的应用，以及植入在生物医学系统（图2）。这些可能使用的LED照亮血管检测传感器的变化，能源收获的振动或用薄膜BaTiO3纳米发电机在塑料基板上离子交换的动力。
图2：在柔性塑料基板上使用甘纳米线发光二极管。
这当然只是研究，但表明GaN 可用于LED和纳米发电机。
今天，该选项是将在一个板上安装的甘发光二极管集成到可穿戴式应用程序，通常是通过缝入布。这可以结合的电源管理和能源与控制系统和任何无线链路。可以用作监视灯，但它们也可以用作更复杂的显示，如果它们被安装为数组。然后，这些可以被控制的一个插件的电缆来下载一个程序，或由一个无线链路供电的相同的能量。
一个非常低的能量来源，减少功率消耗的发光二极管阵列的功率预算是至关重要的。该发光二极管的效率更高，允许使用较低的电流，允许更多的发光二极管阵列中的一个给定的功率预算。
这种板可以用低姿态，低电流的氮化镓发光二极管从光宝、ROHM、和Dialight的阵列。这些有目前的消费量低至2毫安的可穿戴式设计局。
电源
考虑一个能量收集电源和管理子系统的可穿戴式应用程序有一个数量的限制。一些功率转换器，如半导体制冷装置将热能转换可能太笨重，收获的RF能量，不能提供足够的功率。
还有存储机制的考虑，作为庞大的超级电容器不能用。相反，高效的电源管理芯片可以将电源接口与一个可以是一个独立的单元的一部分，是一个独立的单元，被缝入服装。
一种可穿戴系统的电力的主要来源是振动，可以通过较大规模的压电器件如中é技术v22b抓获（图3）。这是一个悬臂的压电晶体，可以用来从这样的振动源的振动低至26赫兹的电源系统中的一个鞋。MID提供了一个独立的特性系统，该系统可以捕获数据，在很难到达的地方，让晶体与应用程序相匹配。内置定时器允许捕获许多不同类型的振动和一个简单的USB接口允许用户容易地描述任何振动。这也有助于确保晶体没有暴露于过多的振动，它会损坏设备，缩短其使用寿命。
图3：收获的振动能量的v22b压电晶体。
收获的能量不只是发电机。功率转换也是至关重要的，特别是在身体周围。线性技术集成了低损耗全波桥式整流器的高效率降压转换器，优化了这样的高输出阻抗的能量来源。的ltc3588-2是一个超低静态电流低电压锁定（UVLO）与16 V的阈值上升模式提供有效的能量提取压电传感器具有高的开路电压。
这集的能量并将其转换成可用输出电压功率LED板在可穿戴式系统。尽管效率，导致应用程序可能需要更多的峰值功率比一个典型的压电晶体可以产生，因此该集成电路积累的能量比一个更长的时间，使有效地利用短功率脉冲。脉冲串的频率是直接正比于从压电和总能量的每爆发。
输入和输出电容取决于能源需求和应用程序的负载要求。对于100毫安或更小的负载，存储在输入能量的优势，作为降压转换器的高电压输入可以提供100毫安的平均电流有效地负载。输入电容应大小的储存足够的能量，所需的时间长度提供的输出功率，同时也不放弃对电压锁定（UVLO阈值下降降）。这个阈值是约300个压高于选定的调节输出。
Buck变换器进行了优化以10μH范围感应器100μH. 10μH工作适用于空间有限的应用，但100μH可以提供更高的效率，特别是比之间的输入和输出电压的增加。该电感器也应具有直流电流额定值大于350毫安的值可以降低降压转换器的效率。
太阳能也是一种供能在可穿戴式系统中供电的选项。从德克萨斯文书的bq25504可以用来从一个可穿戴式系统太阳能电池电源管理，采用了一种高效的DC-DC升压转换器/充电器，只需要毫瓦的功率开始工作。
图4：管理太阳能电池与GaN之间的权力bq25504 Boost变换器的LED阵列。
一旦开始，升压转换器/充电器可以有效地从低压输出收割机热电发电机等提取物（TEG）或单或双电池太阳能板。升压转换器可以开始输入电压为330 mV的低，一旦启动，可以继续收获能量到VIN = 80 mV。
的bq25504也实现了一个可编程的最大功率点跟踪采样网络的力量传递到装置的优化。抽样vin_dc开路电压是使用外部电阻和举行一个外部电容器编程。
是的bq25504设计灵活，支持多种储能元件。可用性的来源从收割机提取他们的能量往往是零星的、时变的。系统通常会需要一些类型的储能元件，如可充电电池，超级电容器，或传统的电容器。在系统需要时，该存储单元将使某些恒功率可用。存储元件还允许系统处理不能直接来自输入源的任何峰值电流。
结论
研究表明，GaN有巨大的潜力，能源收获的系统，无论是高效的发光二极管显示器，也作为一个压电发电机。今天，提高效率的甘处理和下降的成本，使设计人员，第一次，以建立发光二极管阵列，可以从环境中获取能量。电源管理和存储能力与成熟的振动和太阳能电池技术相结合，捕捉，产生，并提供给发光二极管。
未来的系统可以看到大量的纳米线作为发电机，编织成的衣服，包括自供电的发光二极管阵列，其产生的权力，从运动的布。这将开辟新的应用程序的基础上干技术。
氮化镓（甘）是一个非常有趣的能量收集系统的材料。3.5电子伏特的带隙有很好的建筑发光二极管的设备，以及更高的电子迁移率和更高的效率比硅允许这些发光二极管运行在较低的电流，打开他们的超低功耗应用程序，可以从环境中获取能量。它不仅是一个令人兴奋的发光材料，但也有研究如何将材料也可以被用来作为压电设备来产生功率本身的运动。这2个趋势是引导甘为令人兴奋的新领域，在可穿戴和医疗电子。
传统上一直很难使成本有效的体积，作为基板的甘结构碳化硅（碳化硅）或蓝宝石来处理的热量，该设备可以产生。最近的事态发展，低成本的硅衬底来代替，使标准CMOS设备和硅片应用，使基于GaN的LED大大降低成本。这开辟了使用这样的发光二极管在低功率水平上灵活的基板和可穿戴式设计的可能性。
能量收集应用的关键问题是电力消耗。然而，由于这些都是高亮度发光二极管，该设备可以减少在大小和功率，还提供了一系列可穿戴式设计，如系统监控，甚至在材料的装饰。
纯干发光二极管是在紫外和蓝底的光谱，最初是作为激光在蓝光系统，但可以掺杂有铟和铝，产生绿色和白色的光。这使得使用较高的电子迁移率和带隙的干，并提供了一系列的颜色的发光二极管。这些可以通过振动或太阳能电池从运动中获取能量的能量。从运动的振动能量可以由压电装置拍摄，如溴化v22b，送入电源管理子系统，提供电源直接对LED或，更常见的是，费电池为能源储存。
一些研究人员一直在寻找进一步整合为发光二极管，也使用纳米线作为压电发电机，使材料也可以用来产生所需的功率。
摭言陈在乔治亚理工学院材料科学与工程学院领导了一个研究小组从台湾国立清华大学，中国北京大学和冶金与材料在发光的LED模块基于n型GaN纳米线在p-GaN衬底阿拉巴马大学工程系。原来，氮化镓纳米线的LED可以点燃的功率由氧化锌（ZnO）提供基于纳米线的纳米发电机，展示一个自供电的LED。
图1：一个用于自发光二极管的纳米压电能发生器的阵列。
基于纳米线的GaN LED特别有趣，由于较高的流明，效率高，比传统的照明模块的低功耗。LED是利用纳米线3至4μm长，直径为5 nm的电子束光刻建。虽然这不是一个商业的过程，这表明它可能会产生约30000μm2有效发光面积
该团队还开发了压电纳米发电机基于GaN纳米线所提供的输出功率密度接近12.5 mW/m2有25毫伏的电压。如果这些纳米线可以编织成一种材料，这就可以用来捕捉运动所产生的力量，作为一种内在的服装，产生大量的力量。然而，使用氧化锌提供了一个20伏的输出为GaN为首。
为获取能量的过程中，电路连接在充电与 NGs 和整流二极管电桥回路所产生的电荷存储在一个47μF的电容。在充放电过程中，当它被准备亮的时候，连接被改变到放电回路。在10层的氧化锌集成发电机，一个电容器是完全充电503秒后，十个充电电容器串联连接，以工作为约20 V电源供电时，开关与放电回路连接，GaN NW LED灯亮了3秒。
类似的工作是由教授Keon Jae Lee在韩国KAIST所做的。他已经展示了灵活的GaN LEDs 已经建立在散装晶圆，然后转移到一个塑料基板，使他们可以使用在灵活和可穿戴的应用，以及植入在生物医学系统（图2）。这些可能使用的LED照亮血管检测传感器的变化，能源收获的振动或用薄膜BaTiO3纳米发电机在塑料基板上离子交换的动力。
图2：在柔性塑料基板上使用甘纳米线发光二极管。
这当然只是研究，但表明GaN 可用于LED和纳米发电机。
今天，该选项是将在一个板上安装的甘发光二极管集成到可穿戴式应用程序，通常是通过缝入布。这可以结合的电源管理和能源与控制系统和任何无线链路。可以用作监视灯，但它们也可以用作更复杂的显示，如果它们被安装为数组。然后，这些可以被控制的一个插件的电缆来下载一个程序，或由一个无线链路供电的相同的能量。
一个非常低的能量来源，减少功率消耗的发光二极管阵列的功率预算是至关重要的。该发光二极管的效率更高，允许使用较低的电流，允许更多的发光二极管阵列中的一个给定的功率预算。
这种板可以用低姿态，低电流的氮化镓发光二极管从光宝、ROHM、和Dialight的阵列。这些有目前的消费量低至2毫安的可穿戴式设计局。
电源
考虑一个能量收集电源和管理子系统的可穿戴式应用程序有一个数量的限制。一些功率转换器，如半导体制冷装置将热能转换可能太笨重，收获的RF能量，不能提供足够的功率。
还有存储机制的考虑，作为庞大的超级电容器不能用。相反，高效的电源管理芯片可以将电源接口与一个可以是一个独立的单元的一部分，是一个独立的单元，被缝入服装。
一种可穿戴系统的电力的主要来源是振动，可以通过较大规模的压电器件如中é技术v22b抓获（图3）。这是一个悬臂的压电晶体，可以用来从这样的振动源的振动低至26赫兹的电源系统中的一个鞋。MID提供了一个独立的特性系统，该系统可以捕获数据，在很难到达的地方，让晶体与应用程序相匹配。内置定时器允许捕获许多不同类型的振动和一个简单的USB接口允许用户容易地描述任何振动。这也有助于确保晶体没有暴露于过多的振动，它会损坏设备，缩短其使用寿命。
图3：收获的振动能量的v22b压电晶体。
收获的能量不只是发电机。功率转换也是至关重要的，特别是在身体周围。线性技术集成了低损耗全波桥式整流器的高效率降压转换器，优化了这样的高输出阻抗的能量来源。的ltc3588-2是一个超低静态电流低电压锁定（UVLO）与16 V的阈值上升模式提供有效的能量提取压电传感器具有高的开路电压。
这集的能量并将其转换成可用输出电压功率LED板在可穿戴式系统。尽管效率，导致应用程序可能需要更多的峰值功率比一个典型的压电晶体可以产生，因此该集成电路积累的能量比一个更长的时间，使有效地利用短功率脉冲。脉冲串的频率是直接正比于从压电和总能量的每爆发。
输入和输出电容取决于能源需求和应用程序的负载要求。对于100毫安或更小的负载，存储在输入能量的优势，作为降压转换器的高电压输入可以提供100毫安的平均电流有效地负载。输入电容应大小的储存足够的能量，所需的时间长度提供的输出功率，同时也不放弃对电压锁定（UVLO阈值下降降）。这个阈值是约300个压高于选定的调节输出。
Buck变换器进行了优化以10μH范围感应器100μH. 10μH工作适用于空间有限的应用，但100μH可以提供更高的效率，特别是比之间的输入和输出电压的增加。该电感器也应具有直流电流额定值大于350毫安的值可以降低降压转换器的效率。
太阳能也是一种供能在可穿戴式系统中供电的选项。从德克萨斯文书的bq25504可以用来从一个可穿戴式系统太阳能电池电源管理，采用了一种高效的DC-DC升压转换器/充电器，只需要毫瓦的功率开始工作。
图4：管理太阳能电池与GaN之间的权力bq25504 Boost变换器的LED阵列。
一旦开始，升压转换器/充电器可以有效地从低压输出收割机热电发电机等提取物（TEG）或单或双电池太阳能板。升压转换器可以开始输入电压为330 mV的低，一旦启动，可以继续收获能量到VIN = 80 mV。
的bq25504也实现了一个可编程的最大功率点跟踪采样网络的力量传递到装置的优化。抽样vin_dc开路电压是使用外部电阻和举行一个外部电容器编程。
是的bq25504设计灵活，支持多种储能元件。可用性的来源从收割机提取他们的能量往往是零星的、时变的。系统通常会需要一些类型的储能元件，如可充电电池，超级电容器，或传统的电容器。在系统需要时，该存储单元将使某些恒功率可用。存储元件还允许系统处理不能直接来自输入源的任何峰值电流。
结论
研究表明，GaN有巨大的潜力，能源收获的系统，无论是高效的发光二极管显示器，也作为一个压电发电机。今天，提高效率的甘处理和下降的成本，使设计人员，第一次，以建立发光二极管阵列，可以从环境中获取能量。电源管理和存储能力与成熟的振动和太阳能电池技术相结合，捕捉，产生，并提供给发光二极管。
未来的系统可以看到大量的纳米线作为发电机，编织成的衣服，包括自供电的发光二极管阵列，其产生的权力，从运动的布。这将开辟新的应用程序的基础上干技术。