芯耀
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前言：
在物联网等低功耗系统中，微能量采集技术如何应用？而在太阳能等能源的转化时，如何实现提供稳定的电压？如何应对不确定的能量来源？如何将微弱的电能最大化转化？这需要微能量采集系统中，加入一个关键要素：微能量采集PMIC。
在为手持终端、便携式设备以及远离供电插座的固定设备提供电力时，电池是否为最优解？这一问题的答案始终与应用技术的发展进程紧密相关。过去数年，能源采集技术已逐步脱离实验室阶段，进入设计工程师的实际应用场景。短期内，该技术虽无法完全取代所有领域的电池，但已展现出显著优势：支持传感器长期无电池更换、免维护运行，兼具低能耗、绿色环保特性，且能为终端用户带来长期成本效益。
当前，可从振动、温差、光能及其他环境能源中获取毫瓦级电能的微型采集器正逐步走向商业化应用。尽管几毫瓦的电能看似微弱，但对于超低功耗技术产品而言，却能满足核心供电需求。
能源采集技术不仅为工程领域开辟了多元新场景，更要求工程师从能源利用的角度调整设计思路，尤其是在能量管理的策略规划方面。虽然该技术尚未改写电路设计中实现最优能源效率的核心规则，但对多数工程师来说，诸多高效实践方案与传统设计直觉存在差异。
广义上，可采集的能源类型丰富多样，包括动能（如风能、波能、重力能、振动能等）、电磁能（如光伏能、电磁波能等）、热能（如太阳热能、地热能、温差能、燃烧能等）、原子能（如原子核能、放射性衰变能等）及生物能（如生物燃料能、生物质能等）。
由于能源采集技术的应用范围广泛且形式多样，全面估算整体市场规模难度较大，且仍有大量潜在应用场景未被发掘。目前，行业对微型能源采集技术市场的调研，多聚焦于其可明确替代电池的细分领域。
据市场调研公司 Darnell Group 的数据统计，截至 2012 年，已有 2 亿个能源采集器与薄膜电池投入实际使用；2008 年至 2013 年间，汽车、家庭、工业、医疗、军事及航天等领域的能源采集应用装置数量，从 1350 万套增长至 1.641 亿套。
其中，要求远程节点实现数年自动运行的无线传感器网络，成为能源采集技术的核心目标应用场景。根据安装位置的差异，这些传感器节点可灵活从光能、振动能或其他环境能源中采集电能。
一套典型的能源采集系统包含多个核心组件，如储能单元、复杂的能源管理电路、电源管理芯片以及超低功耗微处理器（MCU）。该系统的关键设计目标是实现电源电路与应用电路的精准匹配，进而达成整体性能最优。只要设计人员能够确认采集技术可满足产品的供电需求，便能基于此开发相关应用产品。而应用开发的首要步骤，便是评估可行系统的能量采集能力。
在各类能源采集技术中，基于大型太阳能电池板的光伏采集技术效率较高，每 100 平方毫米的光伏电池平均可产生约 1mW 的电能。
市场上现有的动能采集系统同样可实现毫瓦级电能输出。这类系统的能量多通过振荡体（振动）产生，此外，压电电池或弹性体收集的静电能也属于动能采集范畴。桥梁等建筑物以及众多工业设备、汽车结构均会产生可利用的振动能。主流的动能采集技术主要包括三类：（1）弹簧承载式振动采集结构；（2）线性运动 - 旋转运动转换装置；（3）压电电池。其中，前两类技术的核心优势在于输出电压不依赖电源本身，而由转换结构设计决定；静电转换技术则可实现高达 1000V 及以上的电压输出。
热电采集技术的核心原理是赛贝克（Seebeck）效应，即两种不同金属或半导体之间存在温差时，会产生相应的电压输出。热电发电机（TEG）由热并联、电串联的热电堆组成。最新型 TEG 在匹配负载条件下可输出 0.7V 电压，该电压已成为超低功耗应用设计中的常用标准。其实际输出电能取决于 TEG 的尺寸、环境温度，若从人体采集热能，还与人体新陈代谢活动水平相关。
根据比利时研究机构 IMEC 的实验数据，在 22℃环境下，手表型 TEG 在人体正常活动状态下，平均可产生 0.2~0.3mW 的可用电能。通常情况下，TEG 可持续为电池或超级电容器充电，但需搭配高级电源管理方案以优化充电性能。
上述三类主流微能量采集技术存在共性特征：其一，输出电压普遍不稳定，与当前电子电路广泛采用的 3.3V 稳定电压不匹配；其二，输出电源具有间断性，部分场景下甚至可能无法持续输出电能。因此，设计工程师必须借助电源管理芯片解决这些问题，电源管理芯片也成为能源采集系统中的核心技术焦点。
在微能量采集系统的典型架构中，电源管理 IC（PMIC）扮演着承上启下的关键角色，负责连接能量采集器与储能设备，其性能直接决定了系统的能量转换效率与采集效率。
MF9006 芯片是一款集成电量管理、充放电管理、储能器件管理等多功能于一体的微光收集管理充电芯片。该芯片具备超低启动门槛，在输入电压低至 400mV、功率低至 15μW 的场景下即可实现冷启动；启动后，可从太阳能电池板等光电转换装置获取直流电，为可充电电池或超级电容器等储能元件充电，同时通过两个 LDO 稳压器为不同负载提供稳定工作电压。
其核心性能参数如下：冷启动电压 280mV、全工作状态静态电流 505nA、最大输入电流 120mA、调节器效率高达 91%。这些参数充分体现了 MF9006 芯片的技术优势 —— 可在接近 0.28V 的极低电压下启动工作，自身功耗仅为数百纳安，能高效收集微瓦至毫瓦级的微弱能量，适用于光伏、热电等低功率输出能源场景，可确保系统在微弱能量环境中仍能稳定运行并实现高效能量转换。
