精密的電池供電型電子系統(tǒng)和自供電設(shè)備，在現(xiàn)有自主手持設(shè)備領(lǐng)域延伸出一些不同的應(yīng)用。CMOS 處理技術(shù)和電路技術(shù)方面取得的巨大進(jìn)步，降低了電路的功耗，使得新型自主供電系統(tǒng)成為可能。這些進(jìn)步帶來大量新興應(yīng)用，例如：無線微傳感器網(wǎng)絡(luò)、可穿戴醫(yī)療電子設(shè)備、工業(yè)及家庭自動(dòng)化傳感器和電子貨架標(biāo)簽。理想情況下，這些系統(tǒng)都可以在沒有電池的情況下正常工作。但是，當(dāng)要求使用電池時(shí)，我們?nèi)匀恍枰M力延長電池使用時(shí)間，這樣系統(tǒng)便可在其壽命周期內(nèi)無需更換電池。理解能量轉(zhuǎn)換器工作原理以及如何使用它來提供能源，是達(dá)到上述目標(biāo)的基本要求。

自供電系統(tǒng)要求有一個(gè)能量來源，以在其壽命周期內(nèi)維持正常的工作。根據(jù)不同的能量來源，可將商用能量轉(zhuǎn)換器分為如下四類：

1）光：太陽能電池由 p-n 晶體陣列組成，利用光伏效應(yīng)工作。
2）熱：利用熱電組件采集環(huán)境熱能。
3）振動(dòng)：振動(dòng)能量采集器通過電磁或者壓電方法利用振動(dòng)機(jī)械能，從而產(chǎn)生電能。
4）無線電波：無線電波能量采集方法使用定向解決方案時(shí)較為有效，但在使用環(huán)境能量時(shí)現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)并無太多有用的功率。

表 1 能量采集器的典型輸出功率

表 1 顯示了來自不同能量轉(zhuǎn)換器的典型功率級別以及采集器的重要考慮因素。在一般情況下，大多數(shù)采集器都可以提供 ~10-50 μW/cm2 左右的平均功率。所獲功率的大小與采集器面積有關(guān)，并嚴(yán)重依賴于采集器的可用空間。利用一個(gè)太陽能電池例子，我們可以描述出采集器的一些特性。太陽能電池可以建模為一個(gè)與二極管并聯(lián)的電流源，如圖 1 所示。分流電阻對漏電建模，而串聯(lián)電阻對接觸電池電阻建模。

圖 1 光伏電池及其特性曲線的電氣模型

當(dāng)光線照在太陽能電池上時(shí)，電池產(chǎn)生一個(gè)流過輸出端的電流 IPH。電池為開路時(shí)，該電流在輸出端形成電壓 VOC。在開路和短路兩種極端情況之間，電池產(chǎn)生功率。圖 1 中，紅色曲線表示太陽能電池的電流對比電壓特性。照度增加，短路電流增加，并對電池開路電壓產(chǎn)生微弱影響。從太陽能電池獲得的功率在某個(gè)特定的電壓下達(dá)到最大，然后在該電壓任意一端逐漸下降。這就是電池的最大功率點(diǎn)。它與入射光及其他環(huán)境因素有關(guān)，例如：溫度等。由于其高阻抗特性，其他轉(zhuǎn)換器都具有類似的最大功率點(diǎn) (MPP) 特性。因此，如何選擇一種電源管理解決方案，讓其能夠工作在 MPP 下，是我們需要考慮一個(gè)的關(guān)鍵因素。