精密的電池供電型電子系統(tǒng)和自供電設備，在現(xiàn)有自主手持設備領域延伸出一些不同的應用。CMOS 處理技術和電路技術方面取得的巨大進步，降低了電路的功耗，使得新型自主供電系統(tǒng)成為可能。這些進步帶來大量新興應用，例如：無線微傳感器網(wǎng)絡、可穿戴醫(yī)療電子設備、工業(yè)及家庭自動化傳感器和電子貨架標簽。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，當要求使用電池時，我們?nèi)匀恍枰M力延長電池使用時間，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，是達到上述目標的基本要求。

自供電系統(tǒng)要求有一個能量來源，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，利用光伏效應工作。
2）熱：利用熱電組件采集環(huán)境熱能。
3）振動：振動能量采集器通過電磁或者壓電方法利用振動機械能，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較為有效，但在使用環(huán)境能量時現(xiàn)實實現(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，并嚴重依賴于采集器的可用空間。利用一個太陽能電池例子，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

當光線照在太陽能電池上時，電池產(chǎn)生一個流過輸出端的電流 IPH。電池為開路時，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特定的電壓下達到最大，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。它與入射光及其他環(huán)境因素有關，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 (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的關鍵因素。