新一代微型能量收集技術(shù)登場(chǎng) 加快無(wú)電池應用步入現實(shí)

下圖4的三角形顯示了微型能量收集的無(wú)電池應用在云業(yè)務(wù)中的3個(gè)層級，可以看到三角形的底層即是我們所講的傳感器節點(diǎn)，在中間層是一些網(wǎng)關(guān)，而這個(gè)三角形的頂部是云業(yè)務(wù)。

圖4. 為什么需要無(wú)電池解決方案?

“在這個(gè)系統中需要數量龐大的傳感器節點(diǎn)，并且對其中的每個(gè)傳感器節點(diǎn)都要求能夠自由維護，并可以安裝在任何地方。這就決定了必須是無(wú)電池的解決方案。”王韻解釋道。

橋梁安全監控等“半永久”傳感器網(wǎng)絡(luò )

文章開(kāi)頭提及的橋梁安全監控也是傳感器網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)實(shí)例。據不完全統計，最近五年內中國倒塌的橋梁總共達有三十七座之多。其實(shí)不光是在中國，在美國、日本、歐洲，很多橋梁因為建造的問(wèn)題，因為地質(zhì)變動(dòng)的問(wèn)題，因為老朽化的問(wèn)題，多多少少都會(huì )存在一定的危險性。

橋梁的安全性問(wèn)題迫使人們不得不對橋梁進(jìn)行定期的或實(shí)時(shí)的監控。而現在能夠對橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)監控的方式之一就是將傳感器安放在橋梁上。但是新的問(wèn)題又出現了，因為在橋梁上布電源線(xiàn)是非常不方便的，傳感器必須實(shí)現無(wú)線(xiàn)，按照現在的方式只能在傳感器內部放一顆電池，可是放電池又遇到一個(gè)問(wèn)題，即當電池電量耗完后，必須有人到橋梁可能人都沒(méi)辦法爬進(jìn)去的地方去換電池，這就逼迫大家必須考慮將環(huán)境能量收集過(guò)來(lái)實(shí)現“半永久”工作的傳感器網(wǎng)絡(luò )。

王韻認為，除了橋梁的安全監控，能量收集技術(shù)在中國應用最多的還將體現在其它一些基礎設施或建筑物上面，如下圖5所示，大樓、地下管道、大壩、工廠(chǎng)設備的安全監控等都可以通過(guò)這種無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的方式實(shí)現。

圖5. 微型能量收集技術(shù)用于基礎設施中的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。

幫助實(shí)現“零瓦”待機這一新賣(mài)點(diǎn)

現在消費者對節能的要求越來(lái)越高，特別是崇尚綠色生活的歐洲用戶(hù)，非常厭惡使用電池的應用。因此在家用電器方面，很多廠(chǎng)商都在努力實(shí)現0W待機，以獲得一個(gè)新的賣(mài)點(diǎn)和產(chǎn)品差異化特性。如機頂盒待機是從20W到10W到5W，到目前實(shí)現1W待機，以后要實(shí)現0W待機，但是0W待機在物理上是有限制的，要跨過(guò)這一步就必須采用微型能量收集技術(shù)來(lái)幫助實(shí)現，這是市場(chǎng)應用的機會(huì )所在。

富士通半導體本次展示的一款PMIC就屬于微光太陽(yáng)能采集芯片，能幫助實(shí)現0W待機。如在機頂盒或電視機上加上小小的一片太陽(yáng)能電池板，幫助收集室內的微弱光照，讓一顆MCU維持待機的功能，另外的主系統就真正實(shí)現關(guān)閉，這樣就真正實(shí)現了0W待機。“而以前的電視廠(chǎng)商都是通過(guò)電池來(lái)實(shí)現待機的，現在我們用太陽(yáng)能電池板替換了電池的應用，實(shí)現了無(wú)污染的零瓦待機。”王韻說(shuō)。

用于智能照明控制，大幅降低樓宇耗電

“通常，我們會(huì )下意識的認為大樓里面能耗最大的是空調，冷氣或暖氣系統，但當我們進(jìn)行調查研究后，得出的結論竟然是樓宇里的照明才是耗電最大的部分。所以要降低整個(gè)大樓的能耗，就要首先從照明系統開(kāi)始。”富士通半導體王韻介紹說(shuō)。

圖6. 用于樓宇智能控制的“無(wú)線(xiàn)遙控器+LED照明”方案。

可喜的是，富士通半導體現在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了這方面的參考設計方案，如上圖6所示的“無(wú)線(xiàn)遙控器+LED照明”方案。

圖中遙控器的供電是用無(wú)電池的方式實(shí)現，通過(guò)它可以控制照明，然后這個(gè)遙控器上又有一些光的傳感器，通過(guò)這些傳感器對外面亮度的感應，可以自動(dòng)調節燈的亮暗、開(kāi)關(guān)。把這種應用用到整個(gè)大樓，即當把這個(gè)遙控器放在整個(gè)大樓的任何一個(gè)地方都可以實(shí)現對這一片區域燈光的控制。“采用這種智能方式對降低大樓的能耗是非常有效的。”王韻表示。

兩項突破：0.35V超低電壓?jiǎn)?dòng)支持微光太陽(yáng)能以及可同時(shí)收集太陽(yáng)能和震動(dòng)能的雙模供電

現在讓我們回到富士通半導體的技術(shù)和產(chǎn)品本身，看看富士通半導體的環(huán)境發(fā)電PMIC有著(zhù)怎樣獨特的性能及其意義所在。如下圖7所示，富士通半導體最新推出的兩款能量收集PMIC分別是用來(lái)進(jìn)行太陽(yáng)能電源管理/振動(dòng)能量控制的超低功耗電路，以及支持太陽(yáng)能超低輸入電壓的升壓DC/DC轉換器。

圖7. 富士通半導體最新推出了兩款環(huán)境發(fā)電PMIC。

用于光環(huán)境發(fā)電PMIC的太陽(yáng)能超低電壓升壓DC/DC轉換器是通過(guò)富士通半導體最新技術(shù)研發(fā)，可以實(shí)現低至0.35V的超低電壓的啟動(dòng)。也就是在只有0.35V電壓輸入的時(shí)候，IC就可以開(kāi)始工作，就可以升壓，給電池充電。例如以前某品牌推出過(guò)一款太陽(yáng)能的手機，但這種手機的應用非常不方便，因為只有在強光下才能給手機充電，但是不會(huì )有人把手機放到太陽(yáng)光下去曬。而富士通半導體開(kāi)發(fā)出了在微光條件下也可以實(shí)現97%轉換效率的光環(huán)境發(fā)電PMIC，這樣在微弱的光的條件下，也可以實(shí)現充電。“使用的環(huán)境就完全變化了，從室外搬到室內。這對客戶(hù)的實(shí)際應用就有意義了。”王韻介紹說(shuō)。

另外特別值得一提的是，這款芯片可以同時(shí)支持太陽(yáng)能和震動(dòng)的雙重模式。在太陽(yáng)能供電不足或無(wú)光照條件下時(shí)，可以以震動(dòng)作為能量來(lái)源，彌補了現有市場(chǎng)上同類(lèi)產(chǎn)品無(wú)法同時(shí)收集2種能量來(lái)源的缺陷。

“富士通半導體非常期待最大限度的利用科學(xué)和自身的技術(shù)發(fā)展為能源再利用做出貢獻。除了上述所舉的橋梁、家電、照明控制等例子，任何用到電池的地方，我們都可以考慮用這種方式替換掉電池。富士通半導體希望與業(yè)內企業(yè)合作，開(kāi)發(fā)出更多更好的微型能量收集技術(shù)應用方案，使我們的生活更加便利和節能。”王韻最后表示。