基于微能量采集的物联网传感器持续供电解决方案

在物联网设备里，传感器占据着重要地位，它们具备强大的测量能力，可对周围环境中的各类信息进行捕捉，像方位、运动、光线、声音、湿度、温度，甚至血压、心率等生物特征都在其测量范围内。传感器和智能模块作为物联网的基础构成，只有获得合适的电力供应，才能顺利实现通信与数据收集的功能。

然而，受工作场景的制约，这些体积小巧、重量轻盈的物联网设备，常常被安置在常人难以触及的地方。当下，为传感器节点供电主要依靠电池技术。但电池需要定期更换，随着时间推移，不仅更换成本居高不下，还会对环境造成不利影响。就目前而言，解决传感器持续供电问题，已然成为推动物联网广泛普及的重大挑战。

近几年，能量收集技术引发了行业的广泛关注。借助这一技术，电子设备无需传统电源也能正常运行，摆脱了对电线和更换电池的依赖。

从原理上看，能量收集是一种从非常规来源收集少量能量的技术。这些非常规来源包括设备周围的光、热、振动以及无线电波等，有时它也被称为环境发电。与能产生巨大能量的大型太阳能和风能装置不同，能量采集器仅从周围环境中收集微小能量，这些电能主要供可穿戴电子设备和无线传感器网络等小型电子设备使用。该技术既消除了将昂贵电力电缆连接到偏远地区的需求，又解决了频繁更换电池的行业难题。

对于物联网设备来说，有了能量收集技术的助力，电源线、需更换的电池或可充电电池等场景或许都将不复存在，智能设备将真正实现无线化。这一点对于安装在人员难以到达之处的设备尤为实用，它们无需额外维护即可长期运行。目前，已有众多物联网和M2M设备开始采用能量收集方案，预计未来使用量还会大幅攀升。

在微能量采集领域，光能应用较为常见。现实中，从计算器到时钟，许多设备都依靠自身的光能采集器供电。由于光源具有间歇性，太阳能电池需与超级电容器配合使用，以确保能源供应稳定。

米德方格的微能量采集芯片MF9006，是其微能量采集管理解决方案中的首款产品。该芯片专门针对有效获取和管理太阳能产生的微瓦（µW）至毫瓦（mW）功率而设计，非常适用于超低功率应用场景，如对功率和操作要求严格的无线传感器网络（WSN）。

微能量采集芯片MF9006的设计以DC - DC升压转换器/充电器为起点，该转换器/充电器仅需微瓦功率即可启动。一旦启动，升压转换器/充电器就能从低电压输出的采集器（太阳能电池板）中有效提取电能。此外，微能量采集芯片MF9006还集成了电源管理系统（PMIC），可同时防止电池过度充电或爆炸。收集到的能量可储存在可充电锂离子电池、超级电容器或传统电容器中。

微能量采集是一种极具潜力的IoT电源解决方案。特别是当IoT设备安装在人迹罕至、无法定期维护电池的地区时，能量收集技术能有效延长设备生命周期，消除固定充电电池作为能源的限制，从技术层面解决了物联网发展因供电难题所面临的诸多挑战。

据Grand View Research分析，2020年，全球能源收集系统市场规模约为4.522亿美元，预计2020 - 2028年将以10.2%的复合年增长率（CAGR）增长。市场增长主要源于物联网应用领域的不断拓展，涵盖智能城市、智能家居、工业物联网（IIoT）和机器对机器（M2M）通信等。Precedence Research也分析指出，2022年，全球能源收集系统市场规模为6.4661亿美元，预计到2030年将达到15.039亿美元，2022 - 2030年的复合年增长率（CAGR）为11.13%。

审核编辑 黄宇