5G 技術(shù)的大力推廣，促使工業(yè) 4.0 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智慧物流、智慧城市、智能農(nóng)業(yè)以及其他大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用迎來(lái)了爆發(fā)式增長(zhǎng)。然而，在這一進(jìn)程中，為數(shù)十億無(wú)線節(jié)點(diǎn)提供可擴(kuò)展且可靠的電源，是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。倘若這一問(wèn)題得不到解決，大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的推廣普及將會(huì)受到嚴(yán)重阻礙。

僅僅依靠增加電池?cái)?shù)量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在越來(lái)越多的場(chǎng)景中，電池?zé)o法得到補(bǔ)充或者會(huì)被淘汰。此時(shí)，就需要采用各種形式的能量采集（EH）技術(shù)來(lái)為大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)提供電力。隨著 EH 技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，它在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電方面正成為越來(lái)越有吸引力的選擇。

在確定如何為大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供電時(shí)，需要考慮以下五個(gè)因素：

數(shù)據(jù)速率

傳輸范圍

延遲

工作環(huán)境

環(huán)境影響和管理/后勤

數(shù)據(jù)速率、傳輸范圍以及延遲會(huì)影響節(jié)點(diǎn)的峰值和平均功率需求，而這些又取決于所采用的無(wú)線通信協(xié)議。例如，當(dāng)運(yùn)用低功耗藍(lán)牙技術(shù)時(shí)，一塊 10 cm 見(jiàn)方的光伏板能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)包的定期傳輸，具體情況如下：

在零售店的室內(nèi)照明水平下，每 100 ms 傳輸 1 次；

在典型辦公環(huán)境的照明水平下，每 200 ms 傳輸 1 次；

在倉(cāng)庫(kù)和工廠的照明水平下，每 2 s 傳輸 1 次。

工作環(huán)境同樣會(huì)影響電池的適用性和成本。在零售店或辦公室等相對(duì)較好的環(huán)境中，價(jià)格較低的電池就能達(dá)到合理的工作壽命，相比之下，EH 技術(shù)的成本就顯得較高。而如果無(wú)線節(jié)點(diǎn)部署在惡劣的工業(yè)或戶外環(huán)境中，就需要使用更昂貴的化學(xué)電池，此時(shí) EH 技術(shù)就相對(duì)更具吸引力。

環(huán)境影響和管理問(wèn)題也是不可忽視的考慮因素。原電池的壽命有限，這會(huì)增加電池更換的次數(shù)，進(jìn)而增加維護(hù)和管理/后勤成本，最終還會(huì)因處理廢舊電池而對(duì)環(huán)境造成影響。為了解決這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)者可以從以下幾個(gè)支持 EH 技術(shù)的電源架構(gòu)中進(jìn)行選擇：

以主電池供電為主，輔以 EH 技術(shù)來(lái)延長(zhǎng)電池壽命。這樣既能保持電池供電的優(yōu)勢(shì)，又能減少其不利影響。

將充電電池與 EH 技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的使用壽命，無(wú)需再更換電池。

把電容器或超級(jí)電容器與 EH 技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無(wú)電池系統(tǒng)，獲得最長(zhǎng)使用壽命。

設(shè)計(jì)者還可以采用微能量采集芯片 MF9006 來(lái)獲取 EH 技術(shù)的支持。MF9006 是一款用于 EH 電源管理的集成電路芯片，其大小為 5*5mm，集成了電量管理、充放電管理、儲(chǔ)能器件管理等功能。該芯片能夠在低至 400mV 電壓和 15μW 功率的能量輸入場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)冷啟動(dòng)，啟動(dòng)后可以從太陽(yáng)能電池板等光量轉(zhuǎn)換裝置獲取直流電，為可充電電池或超級(jí)電容器等儲(chǔ)能元件充電，并且可以通過(guò)兩個(gè) LDO 穩(wěn)壓器為不同的負(fù)載提供穩(wěn)定的工作電壓。此外，該 EH 芯片還支持電池切換，當(dāng)儲(chǔ)能電池耗盡時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到一次電池；當(dāng)儲(chǔ)能電池恢復(fù)后，又會(huì)自動(dòng)切換回儲(chǔ)能電池。

審核編輯 黃宇