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无源物联网的供电核心:环境微能量采集与超低功耗PMIC设计

11/06 17:53
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摆脱电池与电线束缚的无源物联网,其运行基础在于对环境中微弱能量的捕获与高效利用。这一过程高度依赖于两大关键技术:一是将环境能量转换为电能的高效换能器件,二是对不稳定微弱电能进行管理的电源管理芯片(PMIC)。市场研究机构ABI Research指出,到2030年,此类设备的年出货量预计将增长至11亿台,其中约57%的设备将主要采用环境光采集技术供电。

技术架构与能量流

无源物联网设备的供电系统遵循一套精密的能量流架构:

能量采集层:通过光伏、射频、热电或压电材料,将环境中的光能、电磁能、热能或机械振动能转换为初始电能。

电源管理层(PMIC):这是系统的控制中心,负责对采集到的、通常仅为微瓦级别且剧烈波动的电能进行整流、升压、存储与精确分配。

负载层:包括传感器、微处理器与通信模块等,由PMIC提供的稳定电压驱动工作。

设计挑战与PMIC的技术突破

实现无源物联网的核心挑战在于PMIC的设计,它必须在极宽的输入电压范围(低至数百毫伏)和极低的输入功率(微瓦级)下维持高效率。其中,冷启动能力是衡量PMIC性能的关键指标,它决定了系统能否在完全无电的状态下,仅凭采集到的微弱能量成功启动。

产业链中,e-peas、米德方格等厂商正致力于攻克这些技术难点。以米德方格MF9006为例,这款PMIC展现了以下前沿特性:

超低静态功耗:芯片自身功耗被控制在极低水平,确保大部分采集能量用于有效负载。

高效率转换:其内置的升压转换器在微安级工作电流下仍能保持高转换效率,最大限度地利用有限能量。

灵活的储能管理:芯片能够适配并高效管理可充电电池、超级电容等多种储能元件。

多路稳压输出:通过集成2个LDO,可为系统内不同电压要求的核心单元分别供电。

应用场景与未来展望

配备先进PMIC的无源物联网设备,正广泛应用于智能家居传感器、工业状态监测节点、物流电子标签以及消费电子(如自供电遥控器蓝牙键盘)等领域。随着环境光采集技术的成熟与PMIC性能的持续优化,无源物联网将为万物互联提供前所未有的灵活性与可持续性。

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