能量采集系統(tǒng)環(huán)境能量轉(zhuǎn)換器基礎知識
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熱電發(fā)電機 (TEG) 用于采集環(huán)境熱能，并根據(jù)塞貝克效應 Seebeck effect 「1」產(chǎn)生電壓。熱采集器的基本結構單元是熱電耦。這種熱電耦由一個 n 型材料組成，其與一個 p 型材料串聯(lián)。當這種材料出現(xiàn)溫差時，熱開始從高溫面流向低溫面。熱能使自由電子和空穴移動，并形成電勢。常用熱采集器由 p 和 n 摻雜碲化鉍組成，原因是其具有優(yōu)異的熱屬性。這種材料的一個 p-n 腳可在熱冷面之間產(chǎn)生約 0.2 mV/K 溫差。
圖 2 熱電堆陣列和簡單的 TEG 電氣模型
為了升高輸出電壓并獲得更多的功率（參見圖 2），我們將許多腳電串聯(lián)和熱并聯(lián)，以形成一個能夠產(chǎn)生約 25 mV/K 溫差的熱電堆。這種熱能采集器可以建模為一個同電阻串聯(lián)的電壓源，其開路電壓與溫度差成比例關系。電阻來自于金屬互連和芯塊邊緣的電阻。由此模型，我們可以很容易地知道，要想提取最大功能，就需要對阻抗進行控制，以匹配來自發(fā)電機的負載。熱能采集器的一個重要方面是，它們周圍需要一個正確的熱流系統(tǒng)，以保持熱通量以及良好的溫差。如果 TEG 兩面均允許達到熱平衡，則電功率輸出達到零。
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