从以太中提取能量并为轻便系统供电的采集器

　　但是，EnOcean 的热能采集器也是采能市场上某些障碍的一个良好例子。EnOcean 的业务是设计使能技术。它正在寻找具有能激发对终端设备兴趣将技术推向市场的好思路的合作伙伴。现在，热能采集器正在等待着这样的合作伙伴。当然，也许广泛部署的最大障碍就是更高效和更低成本的采集技术。很多学校和研发机构都正在从各个角度研究这个问题。荷兰埃因霍温的 Holst 中心可能是能量采集技术的领跑者。研究巨头 IMEC（比利时 Leuven 的院校间微电子中心）与Dutch研究所 TNO（荷兰机构）在 2005 年共同建立了 Holst 中心。在 Holst，无线自主换能器解决方案是一个重要的计划，它就包括了能量采集。Holst 中心正在研究热、振动和 RF 方案。

　　IMEC 在半导体和 MEMS（微机电系统）技术方面有深入研究，能量采集工作利用这些长处也就不令人意外了。在热能领域，Holst 的研究者专注基于 MEMS 的温差电堆方案，以创建一个 TEG（热电发电机）。温差电堆基本上是一个热电偶元件阵列。这些元件在电气上串行连接，使温差电堆累加每个元件产生的电压。元件之间并联，从热学上将冷结点或参考结点捆绑在一起，并连接到相对的热结点。温差电堆的温差越大，产生的电流也越大。

　　正如所料，商用温差电堆还太贵，无法满足应用的需求，因为需要很多元件串联才能产生有用的电压。但 Holst 的官员相信，该所能用一个 MEMS 方案建立一个可接受的阵列。即使采用了 MEMS 方案，半导体的微型体积也会带来问题。热电偶的高度本身就可以产生板与板之间的寄生热传导。Holst 研究者们希望在一个硅圆环上构建热电偶阵列，这样既增加了空间，也提供了极板间的隔离气隙，解决寄生热传导问题。

　　Holst 的研究者们正在致力于一个原型设备，并同时开发 MEMS TEG。原型设备是一个血氧定量计，这种医疗仪器可以测量心率和血液中的氧含量。原型使用了一个类似医疗设备使用的商用指尖传感器。它耦合到一个低功耗运行的电子子系统。

　　Holst还必须制造出一个可以运行的单片TEG。原型采用BiTe（碲化铋）制造的分立温差电堆，它总共有5000个热电偶元件，尺寸约为5cm2~6cm2。温差电堆装成外形像手表，基准热极板放在皮肤上。人类皮肤的温度通常是33℃。Holst 研究者们将手表式TEG固定在手腕内侧的桡动脉处，以获得最高的温度。

　　在环境温度为22℃时，原型TEG可以提供100mW功率。血氧定量计的设计可以完成测量和无线传输，并每隔15秒无线传输测量结果一次，其时耗电为62mW。
开发单片 TEG 的第一步是用于概念验证的 SiGe（硅化锗）器件，不过研究者已经开发的模型清楚表明，SiGe 不会在原型近100mW时传送任何东西。他们希望用SiGe TEG实现达到5mW。在这个功率级上，仍然可以运行血氧定量计，当然测量循环要低得多。项目总监Bert Gyselinckx建议，系统可以每小时测量数次，而不是每分钟四次。值得一提的还有，Holst采集器要比精工的温差发电手表先进得多，它在1mW下就可以运行。

　　如果SiGe TEG能按计划工作，该团队会用BiTe构建一个基于MEMS的单片TEG。据Gyselinckx 说，模型显示这种设计可以提供30mW。两种计划中的单片设计将制成一个1cm2的芯片，这是TEG的占位面积。尽管 BiTe TEG 理论上要比 SiGe TEG 更便于制造，但 SiGe 器件已经能在很多 CMOS 线上生产，而 BiTe 器件则不能。并且，尽管整个 TEG 工作大有前途，但大批量市售TEG显然还要等上几年。

　　同时，Holst 研究者们正在从事一些其它应用和其它类型采集器的开发。Gyselinckx 相信在助听领域将会出现其它医疗设备，甚至是植入人体的医疗设备。他说："人体内存在一些热梯度。"

　　Gyselinckx 还指出了在工业和工厂设置中的潜在应用。在工厂中部署热能采集器的设计者会发现很多可用的热量梯度。但为什么要在供能充足的地方使用采集器？Gyselinckx 称，这样能比较简单地不用新的电源线和数据线而增加监控网络，从而实现采集器和无线网络的结合。

        关于其它采集技术，Holst正在探索压电和静电振动采集器。对于这两种情况，研究者将目光集中在用半导体制造技术实现采集器。在静电方案中，研究者希望采用MEMS技术和多个晶圆。出现振动时，一个晶圆将相对底部的固定晶圆而运动，因此，变化的电容量为一个负载提供电流。

　　另外，Perpetuum也有基于振动的采集技术。参考文献1中列出了基本情况，不久以前，EDN报道了该公司最新的发电机（参考文献2）。

当然，Holst、EnOcean和其它公司的研究者们亦面临着低功耗电路和低功耗无线网络技术的问题。这就是Hol