“物联网”的想法是，车辆，电器，土木结构，制造设备甚至牲畜很快将具有将信息直接报告给联网服务器的传感器，以帮助维护和协调任务。
那些传感器将必须以非常低的功率工作，以将电池寿命延长数月或利用从环境中收集到的能量。但这意味着他们需要汲取各种各样的电流。例如，传感器可能经常这样醒来，进行测量并执行少量计算以查看该测量是否超过某个阈值。这些操作所需的电流相对较小，但有时传感器可能需要将警报发送到遥远的无线电接收器。这需要更大的电流。
通常，仅在狭窄的电流范围内，采用输入电压并将其转换为稳定输出电压的功率转换器才有效。但是在上周举行的国际固态电路会议上，麻省理工学院微系统技术实验室（MTL）的研究人员提出了一种新的电源转换器，该转换器可以在500皮安至1毫安的电流范围内保持效率，其跨度增加了200万倍。
“通常，转换器具有静态功率，即使在不向负载提供任何电流时，它们也消耗的功率，”工作完成后担任MTL博士后，现在在IBM工作的Arun Paidimarri说道。研究。“因此，例如，如果静态功率为微安，那么即使负载仅拉动纳安，它仍将消耗微安的电流。我的转换器可以在很宽的电流范围内保持效率。”
Paidimarri是会议论文的第一作者，他还获得了麻省理工学院的博士学位和硕士学位。他的论文顾问Anantha Chandrakasan和MIT的Vannevar Bush电气工程与计算机科学教授一起参加了会议。
数据包角度
研究人员的转换器是降压转换器，这意味着其输出电压低于其输入电压。特别是，它需要1.2到3.3伏的输入电压，并将其降低到0.7到0.9伏之间。
Paidimarri说：“在低功率状态下，这些功率转换器的工作方式并不基于连续的能量流。” “它基于这些能量包。您在电源转换器中有这些开关，一个电感器和一个电容器，基本上就可以打开和关闭这些开关。”
用于开关的控制电路包括测量转换器的输出电压的电路。如果输出电压低于某个阈值（在本例中为0.9伏），则控制器将抛出一个开关并释放一包能量。然后，他们执行另一个测量，并在必要时释放另一个数据包。
如果没有设备从转换器汲取电流，或者电流仅流向简单的本地电路，则控制器每秒可能释放1到数百个数据包。但是，如果转换器向无线电供电，则可能需要每秒释放一百万个数据包。
为了适应该范围的输出，典型的转换器-即使是低功率转换器-每秒只需执行一百万次电压测量；在此基础上，它将释放1到1百万个数据包。每次测量都会消耗能量，但是对于大多数现有应用而言，功耗可以忽略不计。但是，对于物联网，这是无法忍受的。
因此，Paidimarri和Chandrakasan的转换器具有可变时钟，可在各种速率下运行开关控制器。然而，这需要更复杂的控制电路。例如，监视转换器输出电压的电路包含一个称为分压器的元件，该元件会从输出中吸出少量电流进行测量。在典型的转换器中，分压器只是电路路径中的另一个元素。实际上，它始终处于打开状态。
但是虹吸电流会降低转换器的效率，因此在麻省理工学院研究人员的芯片中，分频器被一块附加的电路元件包围，这些电路元件仅在测量所需的几分之一秒内才允许进入分频器。结果是，即使以前报告的最佳实验低功耗降压转换器，其静态功耗也降低了50％，电流处理范围扩大了十倍。
Chandrakasan说：“这为利用新型能量收集源（例如人体电子设备）操作这些电路提供了令人兴奋的新机遇。”
Yogesh Ramadass说：“这项工作突破了低功率DC-DC转换器的最新技术水平，在静态电流以及在这些低电流水平下可以达到的效率方面，您能走多低。”是德州仪器（TI）Kilby Labs的电源管理研究总监。“您不希望转换器消耗的功率超过交付的功率，因此对于转换器来说，具有非常低的静态功率状态至关重要。” |
