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不要充电器的供电技术 对可穿戴设备来说，最大的挑战是如何恰当、方便地为它们持续供电。目前很多手环和手表的设计，都需要用户先把它们脱下来，插到有线充电器上才能充电。我们需要有一种不易被人察觉的方式来对这些设备充电并使用它们。 随着物联网和5G的飞速发展，我们日常使用的智能设备的数量正变得越来越多。现在我们每个人都会用到多种设备，而所有这些设备几乎都需要充电并对电源进行维护。 目前可穿戴市场主要由手环和智能手表所组成。对可穿戴设备来说，最大的挑战是如何恰当、方便地为它们持续供电。对于目前很多的手环和手表设计来说，用户都必须先把它们脱下来，插到有线充电器上才能充电（这也是我不愿再用这类设备的原因）。即使是采用了电磁感应式充电解决方案——比如苹果的iWatch，用户也仍然需要把它们脱下来，放到充电器上去充电。 在我们进化出更多手臂、手指和耳朵等等之前，我们需要有一种不易被人察觉的方式来对这些设备充电并使用。让我们用感觉不到的新方式来为可穿戴设备供电，而让这些不断演进、让人眼前一亮的技术更方便使用吧。 本文将介绍这一领域中的一些必威体育精装版开发成果，来为大家参考。希望这些成果有助于设计人员开发出业内迫切需要的创新解决方案。 无线供电（尼古拉·特斯拉会赞成） 现在我们几乎所有设备都需要单独充电，因此无线供电肯定会是赢家，也是我在这类应用中的第一选择。 服装级的感应式输电 可穿戴服装可能包含多个智能设备，用它作为配电骨干会很有前途（这方面还有许多研究工作要做）。另外，服装与服装之间的电能传输可以采用双向感应输电技术。参考文献“Garment level power distribution for wearables using inductive power transfer”中选择了基于LCL-LCL拓扑而不是串-串（SS）拓扑的电路，因为SS拓扑负载电流会随着负载（比如电池）变化而变化（见图1）。 图1：无线输电（WPT）设计中所用补偿电路拓扑有四种，这里是其中两种：（a）SS拓扑，（b）LCL-LCL拓扑。 上述电路工作在99kHz，可在智能设备之间实现双向电能交换。 在多个设备之间进行双向电能共享很有意义。某个设备（比如智能手机）的电池容量可能比一些小体积的设备（比如健身追踪器）更大，因此可以用来给这些更小的设备供电。这样，穿戴者可以在给智能手机方便充电的同时，延长那些更小设备的使用时间。 这种方法成功的关键是，这些可穿戴背心或服装是以最不易让人察觉的方式设计。采用用柔性材料制造的馈电线圈来设计是种好方法，见图2和图3。 图2：馈电线圈的理想电路图（a）及其等效电路（b）。 图3：上方是用铜带制作的柔性馈电线圈；下方是早期用24号硬线做的馈电线圈原型。 现在双向输电电路可以基于LCL逆变器来构建，其中，两个反相方波分别输入到四MOSFET逆变器的1号和2号输入端，见图4。 图4：双向感应式电能传输电路。 整个系统构建完成后，图5就是完整的电能共享系统。 图5：完整的电能共享系统原理图。左边是发射器，中间是馈电线圈，右边是接收线圈。 能量采集 保持可穿戴设备始终充电并长久运行的另外一种好方法是射频能量采集。这一领域正在研究中，对于可能的设计解决方案，一个例子是毫米波喷墨能量采集方法，可以用在可穿戴设计的柔性电路中（参考文献“Millimeter-wave Ink-jet Printed RF Energy Harvester for Next Generation Flexible Electronics”）。 这种设计使用了喷墨印制的毫米波整流天线，该整流天线可以将电磁能量转换为直流电能。 这种设计先通过天线捕获24GHz信号，然后将信号送到整流器——该整流器前面有一个输入匹配网络，用于最大程度地将电能传输给谐波端接网络（HTN）。例如，谐波端接网络（HTN）对二极管在奇次谐波下提供开路阻抗，在偶次谐波下提供短路阻抗。谐波端接网络还能将射频分量从直流分量隔离。无过孔直流返回通路取消了信号到地的过孔，因此不会产生毫米波频率下可能产生的严重寄生问题，详见图6。 图6：整流天线开发概念框图。 整个系统是由柔性液晶聚合物（LCP）基板和用Dimax FujiFilm DMP-2831喷墨打印机打印出来的银纳米粒子墨水制作的微带线实现的。 天线采用平面2x2贴片阵列设计，4个贴片通过一个带3个T型结点的公共馈电网络连接，这3个T型结点都在同一层上，作为50Ω的输入馈线，见图7。 图7：天线版图。天线尺寸可以在前述参考文献中找到。 在这个设计的实验中，LED灯被空中传过来的24GHz信号成功点亮。 一些有趣的元器件解决方案和技术 Powercast公司的PowerHarvester IC 我最近和Powercast公司的首席运营官/首席技术官Cha