大规模物联网供电：考虑因素与微能量采集技术解决方案

5G 技术的大力推广，促使工业 4.0 无线传感器网络、智慧物流、智慧城市、智能农业以及其他大规模物联网应用迎来了爆发式增长。然而，在这一进程中，为数十亿无线节点提供可扩展且可靠的电源，是一项极具挑战性的任务。倘若这一问题得不到解决，大规模物联网的推广普及将会受到严重阻碍。

仅仅依靠增加电池数量是远远不够的。在越来越多的场景中，电池无法得到补充或者会被淘汰。此时，就需要采用各种形式的能量采集（EH）技术来为大规模物联网提供电力。随着 EH 技术的持续进步，它在大规模物联网设备供电方面正成为越来越有吸引力的选择。

在确定如何为大规模物联网节点供电时，需要考虑以下五个因素：

数据速率

传输范围

延迟

工作环境

环境影响和管理/后勤

数据速率、传输范围以及延迟会影响节点的峰值和平均功率需求，而这些又取决于所采用的无线通信协议。例如，当运用低功耗蓝牙技术时，一块 10 cm 见方的光伏板能够支持数据包的定期传输，具体情况如下：

在零售店的室内照明水平下，每 100 ms 传输 1 次；

在典型办公环境的照明水平下，每 200 ms 传输 1 次；

在仓库和工厂的照明水平下，每 2 s 传输 1 次。

工作环境同样会影响电池的适用性和成本。在零售店或办公室等相对较好的环境中，价格较低的电池就能达到合理的工作寿命，相比之下，EH 技术的成本就显得较高。而如果无线节点部署在恶劣的工业或户外环境中，就需要使用更昂贵的化学电池，此时 EH 技术就相对更具吸引力。

环境影响和管理问题也是不可忽视的考虑因素。原电池的寿命有限，这会增加电池更换的次数，进而增加维护和管理/后勤成本，最终还会因处理废旧电池而对环境造成影响。为了解决这些问题，设计者可以从以下几个支持 EH 技术的电源架构中进行选择：

以主电池供电为主，辅以 EH 技术来延长电池寿命。这样既能保持电池供电的优势，又能减少其不利影响。

将充电电池与 EH 技术相结合，实现更长的使用寿命，无需再更换电池。

把电容器或超级电容器与 EH 技术相结合，实现无电池系统，获得最长使用寿命。

设计者还可以采用微能量采集芯片 MF9006 来获取 EH 技术的支持。MF9006 是一款用于 EH 电源管理的集成电路芯片，其大小为 5*5mm，集成了电量管理、充放电管理、储能器件管理等功能。该芯片能够在低至 400mV 电压和 15μW 功率的能量输入场景下实现冷启动，启动后可以从太阳能电池板等光量转换装置获取直流电，为可充电电池或超级电容器等储能元件充电，并且可以通过两个 LDO 稳压器为不同的负载提供稳定的工作电压。此外，该 EH 芯片还支持电池切换，当储能电池耗尽时，会自动切换到一次电池；当储能电池恢复后，又会自动切换回储能电池。

审核编辑 黄宇