Очень низкое энергопотребление: самый энергоэффективный способ хранения заряда в течение нескольких часов.

Я изучаю возможность выполнения художественного проекта, который включает в себя поглощение окружающей РЧ-мощности в городе (сбор энергии), а затем воспроизведение 1-секундного звукового клипа через динамик, как только накопится достаточно энергии для этого. Не будет никакого другого источника энергии — ни солнечной, ни какой-либо другой, только сбор РЧ-излучения из окружающей среды.

Похоже, сбор радиочастот может дать мне около 10 микроватт. И мой 1-секундный звуковой клип, воспроизводимый с человеческой громкостью с эффективным усилителем, должен потреблять около 10 микроватт-часов. Поэтому мне нужно было бы зарядить какую-то батарею или конденсатор, скажем, 1-5 часов на 10 микроватт, а затем разрядить ее за 1 секунду и повторить.

Учитывая это, какие могут быть варианты для запоминающих устройств/схем? Какие наиболее эффективные и самые неэффективные настройки для указанных параметров? Другими словами, существует ли какая-либо технология хранения заряда, которая могла бы обеспечить описанное выше поведение?

Ответы (3)

Конденсатор может быть хранилищем с наименьшими потерями, НО необходимый размер конденсатора может вас удивить.

Энергия в конденсаторе = С В 2 2 Энергия при разрядке конденсатора В 1 к В 2 "="
Е "=" С ( В 1 2 − В 2 2 ) 2 Перестановка С "=" 2 Е В 1 2 − В 2 2 Подставьте некоторые выдуманные цифры, чтобы получить представление о величинах: Vmax = 5 В, Vmin = 3 В.
E = 10 мкВтч = 36000 мкВт секунд = 0,036 ватт секунд = 0,036 джоуля.

С "=" 2 Е В 1 2 − В 2 2 "=" 2 ⋅ 3,6 ⋅ 10 − 2 5 2 − 3 2 "=" 7.2 ⋅ 10 − 4 16 "=" 4500 мкФ. Керамические и большинство пластиковых конденсаторов могут иметь достаточно низкие потери. Любой электролитический конденсатор может иметь чрезмерные потери.
4500 мкФ - очень большое значение для неэлектролитического конденсатора.

Хранение при более высоком напряжении уменьшит требуемую емкость на квадрат напряжения. например на 50 В вам нужно ≈ 47 мкФ или менее

Тем не менее, я бы, по крайней мере, подумал об аккумуляторе. Возможно, с этой задачей справится небольшая литий-ионная батарея. Если вы хотите сказать 36 мДж за 1 секунду, это 0,036 ⋅ 3600 Вт ≈ 130 В!!!. Это НАМНОГО больше, чем вам нужно для заявленного приложения.

E&OE — спать за клавиатурой (долгий день по 3 часа сна) — я опубликую это сейчас, позже проверю цифры и посмотрю на последствия для батареи.

Еще анон...

Единственно возможный (и часто применяемый на практике) конденсатор. Вам понадобится конденсатор с малой утечкой и достаточно большой емкостью.

Нужно прикинуть какой емкости хватит и если она до нескольких десятков микрофарад, то можно использовать керамические SMD конденсаторы. У них очень маленькая утечка. Для более высоких емкостей подходят танталовые конденсаторы.

Кроме того, некоторые микромощные импульсные преобразователи должны быть спроектированы таким образом, чтобы напряжение соответствовало разумным значениям. Я где-то видел резонансные LC преобразователи, которые могут работать от блока питания 50мВ. (Для этого вам понадобятся Ge BJT)

Похоже, сбор радиочастот может дать мне около 10 микроватт.

10 микроватт принимаемой мощности через эффективную антенну на нагрузку 50 Ом означает, что напряжение:

В "=" 10 × 10 − 6 × 50 = 22 мВ СКЗ. Это может иметь пиковое напряжение 32 мВ.

Я не встречал устройства для сбора энергии, которое могло бы самозапускаться при напряжении менее 200 мВ — это почти в десять раз больше, чем то, что вы рассматриваете. Может быть, вы знаете устройство, которое будет делать это?

Для этого есть трансформаторы. Даже простейшее кварцевое радио работает по этому принципу. Если бы кварцевое радио создавало только 22 мВ РЧ, то через диод не проходил бы никакой сигнал. РЧ-катушка с правильно настроенной вторичной обмоткой должна выдавать чуть больше 22 мВ, конечно, при более высоком импедансе, чем у антенны.
@OlinLathrop в полублизкой к идеальной ситуации. Я бы согласился с вами, но ОП предлагает «поглощать окружающую радиочастотную мощность», а это означает широкий диапазон настройки в широкой полосе пропускания, а не сосредоточение внимания на одной конкретной области, где может быть (а может и не быть) некоторое количество радиочастотной энергии, которую стоит собирать. Это исключает настройку вторичной обмотки. Я не могу исключить, что OP может использовать направленные антенны для точного определения потенциального источника радиочастотной энергии, но это противоречит цели моей книги.
Во-первых, я бы определил самую мощную AM-станцию ​​в этом районе и настроился на нее. Во-вторых, даже если вы не настраиваетесь, вы все равно можете использовать приемную катушку, которая работает как автотрансформатор, как это делают кристаллические радиоприемники.
@OlinLathrop У одной AM-станции есть очень хорошие шансы работать - если вы находитесь достаточно близко (может быть, максимум 10 км на частоте 1 МГц). Он должен выдавать ~ 1 киловатт, а на расстоянии 10 км потери в свободном пространстве составляют 32,45 дБ + 20 log (F) дБ + 20 log (D) дБ, где F - МГц, а D - км - это потери 52,45 дБ для сигнала +60 дБм, оставляя +7dBm для приема. Учитывая всевозможные проблемы с несвободным пространством, вы, вероятно, получите 20 дБ ниже при -13 дБм. это около 50 мю Вт и, конечно же, настраиваемый, потому что это 1 частота (+ боковые полосы). Вероятно, вы получите пик настройки 10:1 при изменении напряжения от 50 мВ до 500 мВ (среднеквадратичное значение). Выполнимо!
Очень низкое энергопотребление: самый энергоэффективный способ хранения заряда в течение нескольких часов.
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v