能量收集技術(shù)，又稱能量采集技術(shù)，是一門多學(xué)科交叉的科學(xué)技術(shù)。2003年曾被MIT Technology Review評為十大改變世界新興技術(shù)之首。它是一種將環(huán)境中未使用的能量收集起來并轉(zhuǎn)換成可直接利用電能的技術(shù)，比如采集機械能、光能、溫度差等能量，轉(zhuǎn)化為電能，供給無線模塊工作。其發(fā)展至今已有超過20年的歷史。當(dāng)前，能量收集技術(shù)又與物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感器、無線模塊、智能可穿戴設(shè)備等新興產(chǎn)業(yè)有息息相關(guān)的聯(lián)系。

電源技術(shù)是能量收集技術(shù)重要的核心之一， 是主要研究能量收集與管理系統(tǒng)（見圖1）中能量收集器輸出側(cè)和系統(tǒng)負載側(cè)的電能平衡問題，目前主要包括以下三大研究分支（見圖2）：電力電子電路與集成、電能管理控制方法與實現(xiàn)、多源能量收集管理系統(tǒng)整合與優(yōu)化。電源技術(shù)的任何突破性成果都將促使能量收集技術(shù)發(fā)生基礎(chǔ)性的變革。

1.面向能量收集的電力電子電路與集成

面向能量收集的DC-DC變換器和AC-DC整流器都是電能轉(zhuǎn)換模塊中必不可少的組件。它們的輸入電壓非常低而且變化范圍很寬，需要處理的電能大多處于毫瓦級及以下水平。目前，關(guān)于面向能量收集的電力電子電路與集成的研究工作主要聚焦于盡最大可能地降低DC-DC變換器和AC-DC整流器的自身損耗和啟動電壓。

1.1降低自身損耗的代表性方案

在單源能量收集應(yīng)用中，Boost變換器和Charge Pump變換器是最常用的DC-DC變換器。為了減小DC-DC變換器的自身損耗，普遍采取的措施包括選用導(dǎo)通壓降低的開關(guān)器件、改善開關(guān)器件的驅(qū)動條件、降低開關(guān)器件的反向偏置損耗等。

在單源能量收集應(yīng)用中，橋式整流電路和倍壓整流電路是最常用的AC-DC整流器。此外，還有特別針對機械振動能收集應(yīng)用的Switch-Only整流電路、Bias-Flip整流電路、雙向開關(guān)電感電路等。為了減小AC-DC整流器的自身損耗，通常采用同步整流技術(shù)構(gòu)建有源整流電路，即采用導(dǎo)通壓降低的開關(guān)器件組成有源二極管以代替導(dǎo)通壓降高的二極管。

1.2降低啟動電壓的代表性方案

為了盡可能地降低DC-DC變換器的啟動電壓，文獻[9]為Boost變換器引入一個由MOSFET和復(fù)用變壓器組成的正反饋環(huán)路。在Capacitor Pass-on自啟動方法的基礎(chǔ)上，提出先由LC振蕩器級聯(lián)多級倍壓器構(gòu)成低壓啟動器，再由低壓啟動器、輔助Boost變換器、ZCS軟開關(guān)Boost變換器構(gòu)成三級結(jié)構(gòu)的電路，使整個電路在輸入電壓50 mV的條件下能逐級完成自啟動。

將單極性的直流輸入電壓啟動方案擴展成雙極性的直流輸入電壓啟動方案，不但可以增強DC-DC變換器的可靠性，而且還可以用于解決AC-DC整流器的啟動問題。采用雙極型的Meissner振蕩器協(xié)助Flyback變換器完成了輸入電壓+/-40 mV條件下的啟動工作。

2.面向能量收集的電能管理控制方法與實現(xiàn)

優(yōu)秀的電能管理控制方法能確保面向能量收集的電力電子電路盡最大能力地從能量收集器中獲取電能。目前，關(guān)于面向能量收集的電能管理控制方法與實現(xiàn)的研究工作主要聚焦于盡最大可能地令電力電子電路始終運行于最大功率點(MPP)，同時盡最大可能地降低電能管理控制模塊的自身損耗和靜態(tài)電流。不同的能量收集器具有不同的輸出功率特性和等效電路模型[1](見圖4)，適用的MPP控制方法與實現(xiàn)也不盡相同。

2.1面向光能收集的代表性MPP控制方案