微能量采集（Energy Harvesting），亦被稱作能量采集，在物聯網設備基數龐大的當下，展現出巨大的應用價值與廣闊的發展前景。它能夠顯著延長電池的使用壽命，甚至助力實現無電池設計方案。正因如此，在物聯網領域，能量收集成為新興應用的主要推動技術之一，引領著行業的未來發展方向。

與其它領域不同，物聯網領域的微能量采集技術對方案體積有著更為嚴苛的要求。在具體設計時，通常會將MCU與專用能量收集IC相結合，再搭配低功耗、高精度的電源管理IC，以此實現完整的功能。

微能量采集實現精準充電

當前，物聯網應用主要依靠有線電源和電池供電，然而這種方式在部署后存在維護困難和壽命受限等問題，制約了物聯網產業的進一步發展。為達成設備高效維護、降低運營成本壓力以及減少廢舊電池對環境造成的污染等目標，越來越多的物聯網設備開始采用能量收集解決方案。

微能量采集技術的最終愿景是，讓物聯網應用無需布線、無需更換電池，就能在其生命周期內實現永久續航。

從能量類型來講，物聯網能量收集方案的能量來源主要有光能、射頻（RF）能量、溫差能量（TEG）和機械能等。電源管理IC會將這些能量高效地轉換為穩壓電壓，或者為電池和超級電容器等存儲元件充電，這便是能量收集技術的基本工作原理。

在持續創新的推動下，目前能量收集技術已在物聯網無線傳感器、工業設備、樓宇自動化、智能電網、農業、可穿戴設備等眾多領域得到應用。不過，由于能量收集技術是從自然環境中獲取能量，所以存在發電效率低、不穩定等問題。因此，目前能量收集技術大多仍需與電池系統搭配使用。

對于光能這種發展相對成熟的應用，能量收集技術主要與二次電池配合使用，系統的典型結構包括收集、調節和儲存三部分。能量收集器從能量源捕獲能量并輸出電能，隨后通過電源管理IC調節輸入電壓以滿足負載要求，最后這些能量被儲存在二次電池中。

在這個典型結構里，中間的電源管理IC起著承上啟下的關鍵作用，將能量收集器與儲能電池連接起來。同時，電源管理IC的性能優劣，也決定了系統能量轉換和收集效率的高低。

MF9006是一款具備電量管理、充放電管理、儲能器件管理等多種功能的微光收集管理充電芯片。該芯片在低至400mV電壓和15μW功率的能量輸入場景下就能實現冷啟動。啟動后，它可從太陽能電池板等光量轉換裝置獲取直流電，為可充電電池或超級電容器等儲能元件充電，并能通過兩個LDO穩壓器為不同負載提供穩定的工作電壓。其特性如下：

超低功率啟動：在400 mV輸入電壓和15μW輸入功率下可實現冷啟動；

升壓調節器：可通過管腳配置MPPT，可設置為70%、75%、85%或90%；每5秒檢測一次MPPT開路電壓；啟動后輸入電壓范圍為150mV至5V；

低電壓LDO輸出：支持最大負載電流20mA；輸出電壓可在1.2V/1.8V中選擇；可通過管腳進行開關控制；

高電壓LDO輸出：支持最大負載電流80mA；輸出電壓可在1.8V~4.2V之間選擇或調節；可通過管腳進行開關控制；

電池管理：可對可充電電池或超級電容器進行過充和過放保護參數配置；電池耗盡時進行提示；LDO可用時進行提示；

電池切換：當儲能電池耗盡時，自動切換到一次電池；當儲能電池恢復后，自動切換回儲能電池；

超低的關機功耗：芯片進入關機狀態時，總功耗僅為580nA。

能量收集為何是物聯網的未來？

物聯網能量收集系統與低功耗物聯網應用方案緊密相關。過去，為延長設備壽命、降低更換電池的頻率，一些物聯網設備往往會限制帶寬和數據上傳次數，其余時間大多只能處于休眠或低功耗模式。但隨著能量收集技術逐漸成熟，物聯網設備能夠根據環境變化靈活使用電能，在保障壽命和低運營成本的前提下，進一步豐富了物聯網方案的功能性。

據IDTechEx研究，能量收集市場規模將從2017年的4億美元增長到2024年的26億美元。在物聯網方案持續關注低功耗的趨勢下，隨著能量收集的能量源和技術不斷豐富和成熟，越來越多的物聯網應用將受益于“低功耗 + 能量收集”這一技術組合。


審核編輯 黃宇