“物聯(lián)網(wǎng)”的想法是，車(chē)輛，電器，土木結構，制造設備甚至牲畜很快將具有將信息直接報告給聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的傳感器，以幫助維護和協(xié)調任務(wù)。
那些傳感器將必須以非常低的功率工作，以將電池壽命延長(cháng)數月或利用從環(huán)境中收集到的能量。但這意味著(zhù)他們需要汲取各種各樣的電流。例如，傳感器可能經(jīng)常這樣醒來(lái)，進(jìn)行測量并執行少量計算以查看該測量是否超過(guò)某個(gè)閾值。這些操作所需的電流相對較小，但有時(shí)傳感器可能需要將警報發(fā)送到遙遠的無(wú)線(xiàn)電接收器。這需要更大的電流。
通常，僅在狹窄的電流范圍內，采用輸入電壓并將其轉換為穩定輸出電壓的功率轉換器才有效。但是在上周舉行的國際固態(tài)電路會(huì )議上，麻省理工學(xué)院微系統技術(shù)實(shí)驗室（MTL）的研究人員提出了一種新的電源轉換器，該轉換器可以在500皮安至1毫安的電流范圍內保持效率，其跨度增加了200萬(wàn)倍。
“通常，轉換器具有靜態(tài)功率，即使在不向負載提供任何電流時(shí)，它們也消耗的功率，”工作完成后擔任MTL博士后，現在在IBM工作的Arun Paidimarri說(shuō)道。研究?！耙虼?，例如，如果靜態(tài)功率為微安，那么即使負載僅拉動(dòng)納安，它仍將消耗微安的電流。我的轉換器可以在很寬的電流范圍內保持效率?！?span>
Paidimarri是會(huì )議論文的第一作者，他還獲得了麻省理工學(xué)院的博士學(xué)位和碩士學(xué)位。他的論文顧問(wèn)Anantha Chandrakasan和MIT的Vannevar Bush電氣工程與計算機科學(xué)教授一起參加了會(huì )議。
數據包角度
研究人員的轉換器是降壓轉換器，這意味著(zhù)其輸出電壓低于其輸入電壓。特別是，它需要1.2到3.3伏的輸入電壓，并將其降低到0.7到0.9伏之間。
Paidimarri說(shuō)：“在低功率狀態(tài)下，這些功率轉換器的工作方式并不基于連續的能量流?！?“它基于這些能量包。您在電源轉換器中有這些開(kāi)關(guān)，一個(gè)電感器和一個(gè)電容器，基本上就可以打開(kāi)和關(guān)閉這些開(kāi)關(guān)?！?span>
用于開(kāi)關(guān)的控制電路包括測量轉換器的輸出電壓的電路。如果輸出電壓低于某個(gè)閾值（在本例中為0.9伏），則控制器將拋出一個(gè)開(kāi)關(guān)并釋放一包能量。然后，他們執行另一個(gè)測量，并在必要時(shí)釋放另一個(gè)數據包。
如果沒(méi)有設備從轉換器汲取電流，或者電流僅流向簡(jiǎn)單的本地電路，則控制器每秒可能釋放1到數百個(gè)數據包。但是，如果轉換器向無(wú)線(xiàn)電供電，則可能需要每秒釋放一百萬(wàn)個(gè)數據包。
為了適應該范圍的輸出，典型的轉換器-即使是低功率轉換器-每秒只需執行一百萬(wàn)次電壓測量；在此基礎上，它將釋放1到1百萬(wàn)個(gè)數據包。每次測量都會(huì )消耗能量，但是對于大多數現有應用而言，功耗可以忽略不計。但是，對于物聯(lián)網(wǎng)，這是無(wú)法忍受的。
因此，Paidimarri和Chandrakasan的轉換器具有可變時(shí)鐘，可在各種速率下運行開(kāi)關(guān)控制器。然而，這需要更復雜的控制電路。例如，監視轉換器輸出電壓的電路包含一個(gè)稱(chēng)為分壓器的元件，該元件會(huì )從輸出中吸出少量電流進(jìn)行測量。在典型的轉換器中，分壓器只是電路路徑中的另一個(gè)元素。實(shí)際上，它始終處于打開(kāi)狀態(tài)。
但是虹吸電流會(huì )降低轉換器的效率，因此在麻省理工學(xué)院研究人員的芯片中，分頻器被一塊附加的電路元件包圍，這些電路元件僅在測量所需的幾分之一秒內才允許進(jìn)入分頻器。結果是，即使以前報告的最佳實(shí)驗低功耗降壓轉換器，其靜態(tài)功耗也降低了50％，電流處理范圍擴大了十倍。
Chandrakasan說(shuō)：“這為利用新型能量收集源（例如人體電子設備）操作這些電路提供了令人興奮的新機遇?！?span>
Yogesh Ramadass說(shuō)：“這項工作突破了低功率DC-DC轉換器的最新技術(shù)水平，在靜態(tài)電流以及在這些低電流水平下可以達到的效率方面，您能走多低?！笔堑轮輧x器（TI）Kilby Labs的電源管理研究總監?！澳幌ＭD換器消耗的功率超過(guò)交付的功率，因此對于轉換器來(lái)說(shuō)，具有非常低的靜態(tài)功率狀態(tài)至關(guān)重要?！?span> |
