物聯(lián)網(wǎng)（IoT）正在迅速改變我們的生活和工作方式；數(shù)十億臺互聯(lián)設備實現(xiàn)了更智能的家居、自動化建筑以及更高工業(yè)效率。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，如何為這些設備提供可持續(xù)的電力供應也成為挑戰(zhàn)。根據(jù)IoT Analytics的數(shù)據(jù)，到2030年，物聯(lián)網(wǎng)設備的數(shù)量預計將達到400億臺，較現(xiàn)在增長140%。對無線且始終在線的連接需求不斷增長，意味著更多設備依賴電池——這導致需要頻繁更換電池、成本上升以及電子垃圾激增。歐洲委員會估計，每天將有7,800萬塊物聯(lián)網(wǎng)設備電池被丟棄，考慮到妥善處理電池的選擇十分有限，這無疑是一個令人震驚的環(huán)境問題。

為克服這些挑戰(zhàn)，行業(yè)正轉向能量收集技術——這是一種從環(huán)境中捕獲能量來為設備供電而無需電池的技術。為了展示智能家居設備如何在不需要更換電池的情況下可靠運行，比利時創(chuàng)新企業(yè) e-peas 半導體公司正在開創(chuàng)新的能量收集解決方案。

向自供電物聯(lián)網(wǎng)的轉變

能量收集技術能夠捕獲環(huán)境中的能源，如環(huán)境光、熱或運動，并將其轉化為可用的電能（見表1）。采用能量收集技術的設備無需更換或丟棄電池，可在沒有人工干預的情況下運行數(shù)年，為智能家居、工業(yè)自動化等領域提供了變革性的替代方案。

得益于對低維護、環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)解決方案的需求，能量收集市場正在崛起，預計到2030年將達到10億美元的規(guī)模。然而，實現(xiàn)能量收集不僅要有能量源，還需要智能電源管理來確保高效的能源捕獲與分配。

克服能量收集應用中的常見挑戰(zhàn)

盡管能量收集潛力巨大，但在物聯(lián)網(wǎng)設計中采用該技術仍面對一些技術層面的誤解，尤其是在儲能管理和系統(tǒng)可靠性方面。然而，這些擔憂往往源于過時的假設。每個能量收集系統(tǒng)的核心都包含三個基本要素：能量源、儲能元件以及應用本身。

人們通常對環(huán)境能量源的可靠性和集成儲能元件的復雜性存在疑慮。然而，當與現(xiàn)代電源管理集成電路（PMIC）及緊湊、可充電的儲能元件搭配使用時，能量收集不僅可行，而且效率極高，設置和集成的復雜性也顯著降低。與大型一次性電池不同，專為能量收集設計的儲能元件更小、更輕、壽命更長，在外形尺寸、碳足跡和總擁有成本方面具有明顯優(yōu)勢。

另一個常見的誤解圍繞能量收集效率展開。當系統(tǒng)性能未達預期時，人們很容易將其歸咎于較低的能量轉換率。然而，系統(tǒng)能否成功，在很大程度上不僅取決于能量收集芯片本身，還取決于PMIC管理和調(diào)節(jié)功率流的能力——即優(yōu)化能量的捕獲、存儲以及向應用的輸送方式。因此，選擇一款能與高性能連接片上系統(tǒng)（SoC）無縫集成的高質(zhì)量PMIC至關重要。

e-peas與Qorvo在Matter協(xié)議照明開關上的合作便是一個極具說服力的例子。盡管光伏電池負責提供能量，但AEM13920 EH-PMIC確保了能量被高效采集并合理利用；它為儲能元件充電，防止其過充或深度放電，保障系統(tǒng)平穩(wěn)運行。與此同時，Qorvo的QPG6200片上系統(tǒng)（SoC）負責通信與連接，使該照明開關能夠無縫融入現(xiàn)代智能家居生態(tài)系統(tǒng)。

簡而言之，要實現(xiàn)能量收集在實際應用中的可靠效果，并非在于突破環(huán)境能量源本身的極限，而是要從智能電源管理入手，做出明智的設計決策。

無電池創(chuàng)新方案推動智能家居發(fā)展

能量收集最具前景的應用領域之一便是智能家居自動化；在這一領域，減少對電池的依賴既能提升便利性，又增強了可持續(xù)性。為了消除電池浪費、簡化智能家居系統(tǒng)，e-peas與Qorvo共同研發(fā)了一款基于室內(nèi)光能量收集、支持Matter協(xié)議的創(chuàng)新型照明開關。

這款無電池照明開關的核心部件是一個光伏（PV）電池，它能夠吸收環(huán)境光并將其轉化為電能。隨后， e-peas的能量收集PMIC對這部分能量進行捕獲和調(diào)節(jié)；這款PMIC在優(yōu)化功率傳輸、提供穩(wěn)定電壓以及防止儲能元件過充或深度放電方面發(fā)揮著關鍵作用。該PMIC配備了I2C總線接口，可與系統(tǒng)的SoC通信，從而實現(xiàn)對儲能元件電壓的實時監(jiān)測以及額外的系統(tǒng)診斷。這一級別的可視化不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，還支持諸如自適應電源管理和根據(jù)可用能量進行性能調(diào)優(yōu)等高階功能。

能量存儲后，將為Qorvo的Matter SoC供電；其中，這一SoC負責管理照明開關在智能家居生態(tài)系統(tǒng)中的連接與通信。作為一款多標準連接解決方案，e-peas選擇采用QPG6200是因為其獨特的ConcurrentConnect技術。該技術能夠?qū)崿F(xiàn)與Matter、Zigbee、低功耗藍牙和Thread順暢、可靠的集成，確保同多種設備的廣泛兼容性。當按下開關時，它會向連接的照明網(wǎng)絡發(fā)送信號，無需有線電源或電池即可點亮燈光。

通過利用環(huán)境能量，e-peas智能照明開關的設計使其能夠運行超過十年而無需任何維護。其無電池設計不僅省去了電池更換成本，還帶來更大的安裝靈活性——業(yè)主和企業(yè)可以將開關安裝在任何位置，無需擔心布線限制。

超越智能家居：無電池物聯(lián)網(wǎng)的未來

能量收集技術與智能家居設備有著天然的契合點；當然，這一技術的應用潛力更遠不止于照明控制。在未來幾年，自供電物聯(lián)網(wǎng)設備有望消除偏遠或難以到達地區(qū)的電池維護需求，從而推動各行業(yè)實現(xiàn)變革。

能量收集的未來應用領域包括：

可穿戴健康設備– 實現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測，無需充電或更換電池。

智能基礎設施傳感器– 為橋梁、道路和鐵路配備自供電傳感器，確保對建筑結構進行長期健康監(jiān)測。

公共交通與運輸– 利用動能收集技術為車輛追蹤和運行傳感器供電。

災害應急系統(tǒng)– 在電力供應受限的應急區(qū)域，使用自主、自維持的設備。

這些領域越來越多地采用能量收集解決方案，反映了一個更大的行業(yè)趨勢：向真正自主的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，實現(xiàn)高效、可持續(xù)運行，且無需維護。

引領可持續(xù)物聯(lián)網(wǎng)的潮流

基于能量收集技術的Matter照明開關，便是該技術從概念走向現(xiàn)實的典范。通過利用環(huán)境能源，無電池智能家居解決方案正逐漸變得切實可行，這不僅降低了對環(huán)境的影響，還使物聯(lián)網(wǎng)設備的管理更加便捷。隨著能量收集技術的不斷演進，其重新定義設備供電方式的潛力正逐步顯現(xiàn)。無論是在智能家居、工業(yè)環(huán)境還是公共基礎設施領域，物聯(lián)網(wǎng)的未來正朝著更智能、更高效且真正自維持的解決方案邁進。

作為連接領域的領軍企業(yè)，Qorvo擁有由前沿創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)合作伙伴構建的廣泛生態(tài)系統(tǒng)。其與e-peas在Matter照明開關項目上的合作，標志著Matter協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)應用推廣方面又邁出了關鍵一步。