传感器作为物联网设备里的关键部件,能够对周边各类信息进行测量,像方位、运动状态、光线强度、声音大小、空气湿度、环境温度,乃至血压、心率这类生物特征都能被其捕捉。而传感器与智能模块作为物联网的基础支撑,只有获得适宜的电力供应,才能顺利开展通信与数据收集工作。
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不过,受工作场景的制约,这些体型小巧、重量轻盈的物联网设备,往往会被安装在普通人难以接触到的位置。当前,为传感器节点提供电力的主要方式还是依靠电池技术。但电池需要定期更换,随着时间的推移,不仅更换过程会产生高额成本,还会对环境造成不利影响。在当下的情况中,如何解决传感器持续供电的问题,已成为推动物联网进一步普及的重要挑战。
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从原理来看,微能量采集技术是一种从各类非传统能源中收集少量能量的技术手段,这些非传统能源包括设备周边的光能、热能、振动能以及无线电波,有时它也被称作环境发电技术。和那些能产生大量能量的大型太阳能、风能设备不同,能量采集器仅从周围环境中收集微量能量,这些电能仅能满足可穿戴电子设备、无线传感器网络等小型电子设备的使用需求。该技术不仅不用再为偏远地区铺设昂贵的电力电缆,还解决了行业内频繁更换电池这一棘手问题。
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对于物联网设备来说,有了微能量采集技术的助力,电源线、需要定期更换的电池或是可充电电池这类情况很可能会成为过去,那些智能设备将真正实现无线运行。这一点对于安装在人员难以抵达区域的设备格外重要,它们无需额外的维护工作,就能长期保持正常运行。如今,已经有不少物联网设备和 M2M 设备开始采用能量收集方案,预计在未来,采用该方案的设备数量还会大幅增加。
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在微能量采集技术的实际应用中,光能的利用是比较常见的一种形式。在现实生活里,从计算器到时钟,很多设备都是依靠自身配备的光能采集器来供电的。由于光源通常具有间歇性的特点,太阳能电池需要与超级电容器配合使用,这样才能确保提供稳定的能源输出。?
米德方格推出的微能量采集芯片 MF9006,是该公司微能量采集管理解决方案中的首款产品。这款芯片经过专门设计,能够高效获取并管理太阳能产生的微瓦(?W)至毫瓦(mW)级别的功率,非常适合超低功率应用场景,例如对功率和操作有严格要求的无线传感器网络(WSN)。
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微能量采集芯片 MF9006 的设计以 DC-DC 升压转换器 / 充电器为基础,该转换器 / 充电器仅需微瓦级别的功率就能启动工作。一旦启动,升压转换器 / 充电器就能从低电压输出的采集器(如太阳能电池板)中高效提取电能。此外,微能量采集芯片 MF9006 还集成了电源管理系统(PMIC),能够有效防止电池出现过度充电或爆炸的情况。收集到的能量可以存储在可充电锂离子电池、超级电容器或者传统电容器中。
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微能量采集技术无疑是一种极具前景的物联网电源解决方案,尤其是当物联网设备安装在人迹罕至的区域,无法对电池进行定期维护时,这项技术能够有效延长设备的使用寿命,打破以固定充电电池作为能源的限制,从技术层面解决物联网发展过程中因供电问题而面临的各类挑战。
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根据 Grand View Research 的分析数据:2020 年,全球能源收集系统市场规模约为 4.522 亿美元,预计在 2020 年至 2028 年期间,该市场将以 10.2% 的复合年增长率(CAGR)实现增长。市场增长的主要驱动力来自物联网应用的不断拓展,涵盖智能城市、智能家居、工业物联网(IIoT)以及机器对机器(M2M)通信等多个领域。另外,Precedence Research 的分析也显示,2022 年全球能源收集系统市场规模达到 6.4661 亿美元,预计到 2030 年将增长至 15.039 亿美元,在 2022 年至 2030 年期间,其复合年增长率(CAGR)为 11.13%。
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