微能量采集（EH）技术：发展、误解与成本分析

微能量采集（EH）是一项极具潜力的技术，其核心在于从我们周边的环境中捕获并转换游离的环境能量。我们能够收集自然界为我们提供的各类能量，具体涵盖以下几种：

太阳能（涵盖热能、光伏或者 PV 形式）；

动力学能（包括电动、振动等形式）；

热电、压电（基于机械感应原理）；

射频能（包含近场、远场两种类型）；

摩擦电能（属于静电范畴）。

在过往的数十年间，微能量采集（EH）技术在理论层面以及实际应用领域均取得了长足的进步。大约十年前，特别是在物联网（IoT）与工业物联网（IIoT）尚未兴起之时，人们对 EH 技术存在一些普遍的误解。

其中一种误解认为，EH 技术仅仅是一项学术实验，缺乏完善的生产供应链以及能够支撑大规模开发的生态系统。

然而，实际情况是，许多构成 PowerIoT 生态系统的关键部分早已存在多年，甚至已有数十年的历史。而且这些部分并非新兴产物，它们源自工业领域，从新成立的初创公司到规模庞大的半导体企业，都有所涉及。只是直到如今，这些部分才逐渐被大众所熟知，并在生态系统中得到广泛应用。

一个运作良好的 EH 系统，需要多个组件协同工作，包括 EH 换能器、能量存储系统、电源管理集成电路（PMIC）以及负载系统（如 MCU、无线电、传感器等）。在这些组件中，PMIC 可谓是最为基础且关键的部分，堪称 EH 系统的“大脑”。它通过精准控制 EH 电源的提取以及电源管理过程，甚至能够将电池管理系统（BMS）集成到一个简单的控制 IC 中。

早在大约二十年前，德州仪器（Texas Instruments）和亚德诺半导体（Analog Devices）等知名企业便已将 EH PMIC 解决方案推向市场。如今，国内企业米德方格也推出了微能量管理 PMIC MF9006。该产品集成了冷启动模块、最大功率点跟踪（MPPT）模块、升压以及稳压功能，能够在低至 400mV 的电压下实现冷启动。启动后，它可以从太阳能电池板提取直流电，为存储元件（如电池或超级电容器，连接至 SECBAT）充电。

关于 EH 技术，另一个广为人知的误解便是成本问题，这也是阻碍其大规模普及应用的关键因素。对成本进行评估并非易事，因为任何类型的成本收益分析或者总拥有成本（TCO）分析，都高度依赖于具体的系统、应用场景以及运行环境。这种分析的复杂性，尤其是针对特定应用场景的分析，是导致 EH 技术在许多案例中被认为在经济上不具可行性的主要原因。

在进行成本分析时，一个常见的误区是仅进行一阶分析，即单纯比较采用 EH 技术前后物料清单（BOM）的成本。乍一看，替换纽扣电池的成本大约不到 1 美元（批量采购时），而 EH 技术的成本则要几美元（不过目前国内 MF9006 的价格已能控制在 1 - 2 美元左右）。即便将可持续性、更高的可靠性以及自供电部署所带来的优势纳入考量，选择 EH 解决方案似乎仍然不太划算。

然而，要得出准确的结论，必须考虑二阶（甚至更高阶）成本影响，才能进行全面、恰当的分析。一个简单的衡量标准便是更换成本和维护成本。如果需要更换价格低廉的纽扣电池，却需要投入人力成本，例如提供上门服务，或者需要借助特殊设备才能抵达处于恶劣环境的地点，那么通过 BOM 所节省下来的成本优势将荡然无存。

审核编辑 黄宇