能量采集的前景及最新动向

　　能量收集：物联网领域的新兴技术

　　“能量收集技术是指把大自然中的一些能源收集起来转化成电能给系统供电，这些能量主要包括动能、光能、电磁能、热能的收集。”Spansion公司微控制器与模拟业务部门市场部营销总监(上海)王钰说。微型能量收集技术主要应用在物联网的无线传感器网络、结构健康监测、植入式医疗监测、有源射频传感器及识别等方面。这些市场目前在中国正在迅速发展，而这些应用在电池的维护替换方面存在着不可避免的瓶颈，这也导致了能量收集技术在物联网应用的不可或缺性。可以预见，在不远的将来，能量收集技术必将成为中国物联网领域的重要技术。

　　德州仪器(TI)电池管理市场与应用经理文司华博士认为，像消费类、工业类、医疗类、汽车类的产品中，电源是无处不在的，真正和我们今天课题相关的是如何适应更广泛或更极端的应用场景，这些场景是消费类产品的基本趋势，更大容量电池对于某些厂家不是特别适用，甚至没有空间存放这个电池，更别说对电池进行快速充电，比较典型是医疗、仓储、物联网的应用，这种情况下，可能会强调一些对可穿戴式的、监控的传感器网络，这些应用难以获得持续供电，只能从周围环境或传感器获取能量。

       

　　当主电源不可用时，能量采集有助于延长设备的运行时间。便携式设备就是要求延长运行时间的一种主要领域，如电话、多媒体播放器、手持射频设备、POS扫描仪、便携式医疗设备、工具、电动刮胡刀等。在一些新兴国家，为手机充电是很成问题的，因为不是可以随时找到电源的。因此，能量采集就变得非常有必要了，而且能量采集比安装一整套电网要便宜很多。

　　包括建筑(如桥梁)、WSN(无线传感网)和智能楼宇在内的无线传感器网络均为分布式网络，其监控着如下物理参数：楼宇与桥梁的应力和疲劳性能、精准农业葡萄酒酿造厂及农场办公室的温度水分和湿度。在工厂也可以发现WSN的身影，其可用来远程监控马达或其它设备或工艺过程。远程分布自供电无线设备具有广泛的应用空间，涵盖了从消费类电子、工业、政府到军事的广泛领域。

　　产品方案的选择

　　能量采集组件具有极其微弱的输出性能=高阻抗电源，因此需要输入稳压。电路需要具有极低的Iq，并且可适用广泛的输入/输出组合。另外，主能源可能不是很稳定可靠——需要额外的存储组件来渡过“黑暗时间”。 因此，如果需要连续运行的话，添加一个备用存储组件(电容、电池)是很有必要的。

　　在决策使用哪种能量采集技术时，首先需要看一下各种潜在能源，如光能、热能、振动能和RF能。除了可用于能量采集的各种技术之外，采用最为广泛的是太阳能，其具有最高的潜在能量采集量(从室外的100mW/cm2到室内光照的0.1mW/cm2)。热能是第二大潜在能源，如：身体的热量，电器和机器产生的热量。振动能量也是一种潜在的能源，但是其潜在的能量不如光能和热能。这只是对无线发送的电子信号能量获取进行了讨论，且对采集的能量估计也是较低的，目前来说不是一种切实可行的能量采集源。

　　我们处处需要系统级的电源方案，但最大的挑战是，什么样的电源才能适用于应用场景，电源无疑是很重要的。在任何情况下有面向该应用的最低功耗解决方案，德州仪器提供全套的技术方案，包括电源管理和高精度的模拟IC;另一方面，有非常低功耗的微控制器，低功耗的无线连接，包括Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth以及1个Sub-1 GHz集成的芯片，要想低功耗控制器和无线连续，我们希望在能量采集概念范畴下，能从光、振动、热量、RF上去获取能量，为这些控制器进行供电。

　　日前，德州仪器 (TI) 宣布推出五款新一代电源管理集成电路，可高效提取和管理从光源、热源或机械能源采集的微瓦 (uW) 至毫瓦 (mW) 级电源。该 bq25570、bq25505、TPS62740、TPS62737 与 TPS62736 支持业界最低工作静态电流，可为无线传感器网络、监控系统、可穿戴式医疗设备、移动附件等难以获得供电的应用实现无电池工作。

　　能量收集是采集或收集周围环境中释放的微小能量，包括光和振动，并将之转换为电能。除其他潜在应用外，能量收集还可以成为无线传感器网络中传感器节点的电源，有助于低碳社会的实现。

　　Spansion的两款新的电源管理IC在推动能量收集技术商业化方面发挥了重要作用。例如，MB39C811是非常高效的DC/DC降压转换器，内置了低损耗桥式整流器。通过优化电路布局，MB39C811以1.5μA静态电流实现了超低功率运行，有助于传感器件领域中无电池技术的成功开发。MB39C831是同步整流DC/DC升压转换器。为了锂离子电池有效充电，该转换器使用从单节或多节太阳能电池或热电子发生器获取的电力。