物联网能量收集已逐渐交钥匙方案

对于电池供电的物联网设计，更换电池可能是一个重大的后勤问题，也可能是巨大的运营成本。能量收集可以使设计无需电池更换就可以运行，但确实需要仔细的电源管理。幸运的是，物联网能量收集系统正在变成交钥匙方案。

虽然低功耗MCU和无线电设备在减少IoT设备功耗方面已经走了很长一段路，但它们的电池寿命似乎仍不到五年，并且通常只能达到一两年。对于需要广泛部署的用户而言，有限的生命周期可能会带来严重的问题。用户不仅需要定期跟踪其设备的电池状态，而且还必须部署服务人员来更换耗尽的电池。如果部署包括分散在广阔地理区域中的数千个设备，则替换工作的人工成本可能会变得不堪重负，更不用说额外的电池成本了。即使在同一栋建筑物内的几百个设备，成本也可能是巨大的。

因此，如果可以将设备设计为从不要求更换电池，则将具有显着的经济优势。要实现此目标，可能涉及确保获得固定线路电源或缩短计划寿命，以便在电池耗尽时更换设备。第三种选择是从设备的环境中收集能量以定期为电池充电。只要环境能量可用，就可以确保设备的电源。

设备可能会收集许多类型的环境能量。光电能量可能是最著名的，并且现在有可用的光电管，即使从典型的室内人工照明中也能有效地收集能量。无线电能量的收集也是实用的，构成了大多数RFID系统的基础。振动能量是第三种替代方法，它可以将主动机械的正常运动转换为随机的行人流量。

然而，设计人员几乎所有形式的能量收集都面临一个共同的挑战，那就是将能量的收集和存储管理到为设备供电的电池或超级电容器中。大多数能量发生器在低电压下会产生很小的能量，而物联网设备通常需要在高得多的电压下运动。这种差异需要仔细设计电源转换和存储系统，这可能是一个艰巨的挑战。

幸运的是，开发人员越来越能够访问已经解决了这一难题的参考设计，甚至是现成的系统。最近的一个例子来自无晶圆厂半导体公司Atmosic Technologies，该公司设计超低功耗无线设备和能量收集系统。该公司最近发布了一系列光伏能量收集参考设计，这些参考设计以其低功耗蓝牙收发器和能量收集电源管理芯片为特色。这些设计包括无线键盘，远程控制设备以及带有蓝牙信标的组合传感器模块。

图1 Xidas VP3之类的交钥匙能量收集模块变得越来越可用，从而简化了具有无限电池寿命的IoT设备的设计。资料来源：Xidas物联网

对于寻求更多现成的东西来为其“永远供电”物联网设计供电的开发人员，新兴的初创公司Xidas最近发布了VP3振动万能Power Pad。该设备从小至1g加速度的振动中捕获能量进行存储，并为正在供电的设备提供高达10 mW的直接功率。 VP3集成的EHM-UNIV-1能量收集电源模块可以用收集的能量连续为单元的电池充电，并根据需要从该电池提供高达1A的脉冲串，输出电压可配置为1.5至3.6V。功率模块也可以作为表面安装设备单独使用，能够处理光伏或热电能源以及机电能源。

这些示例只是越来越多的产品中最新的示例，可供寻求利用环境能量为其物联网设计供电的设计人员使用。他们解决了许多与电源和电源需求之间的差异有关的挑战，从而大大减轻了设备设计人员的工作量。能量收集曾经是一种深奥的方法，可以避免定期更换电池。如今，这种方法变得越来越交钥匙。