能量采集時(shí)代：物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設備需能自我供電

預計到2020年，全球將擁有500億到3000億臺物聯(lián)網(wǎng)設備，它們中的大部分屬于由新型微控制器、無(wú)線(xiàn)和傳感器技術(shù)支撐的小型物聯(lián)網(wǎng)設備。由于沒(méi)有用于數據和電源的線(xiàn)纜，這些物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設備必需能自我供電。但如果每隔六個(gè)月或一年，你就得幫這些設備更換電池，那就有點(diǎn)悲催了。

能量其實(shí)無(wú)處不在，能量收集和儲存技術(shù)其實(shí)也并不是很新。但隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的公司有興趣和動(dòng)力去開(kāi)發(fā)更有效的能量收集芯片、系統和可充電電池，以便能夠在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中持續使用。但對這些公司來(lái)說(shuō)，最大的挑戰就是找到如何自行收集/儲存能量的方法以便持續使用，以及如何將這樣的超低功耗芯片安裝在小型物聯(lián)網(wǎng)設備中。

TI微能量采集開(kāi)啟無(wú)電池工作時(shí)代

德州儀器(TI)電池管理市場(chǎng)及應用經(jīng)理文司華認為，從光、熱量、振動(dòng)、射頻RF上獲取能量面臨的一個(gè)重大挑戰在于，一般的DC/DC轉換器，如用在手持設備上的單節鋰電池，輸入電流基本在1A左右，很少做到50mA以下;輸入電壓在1.8 V以下也比較少，一般都是3 V或2.5 V以上。而太陽(yáng)能(10-10000μW/cm2)、熱量(25-1000μW/cm2)、振動(dòng)(50-250μW/cm2)、 RF(0.01-0.1μW/cm2)的能量采集，它們所提供的電壓非常少，可能少于1 V，電流也是毫安級或微安級。因此，能量采集技術(shù)的核心是能夠通過(guò)更先進(jìn)的拓撲結構和芯片設計，把這些輸入微電源收集起來(lái)。

其次，從芯片自身來(lái)看，如何獲得更小的靜態(tài)電流也非常關(guān)鍵。目前，DC/DC轉換時(shí)1-10mA，待機時(shí)幾十個(gè)μA到100μA，關(guān)機時(shí)1-2個(gè)μA的自功耗都屬于相當不錯的指標。但對能量采集來(lái)說(shuō)這是遠遠不夠的：因為采集到的電流一共才2μA，自身就消耗1μA，相當于只有50%的能效。即便解決了這個(gè)難題，實(shí)際上還不能直接給終端產(chǎn)品，例如無(wú)線(xiàn)電廣播、ZigBee、藍牙、MCU供電，因為至少需要幾十或上百微安級的功耗才能實(shí)現驅動(dòng)，所以還需要存儲元件(鋰離子電池、薄膜電池或超級電容)的配合，以實(shí)現更低的占空比。

TI此次推出的五款最新一代電源管理集成電路(bq25570、bq25505、TPS62740、TPS62737和 TPS62736)產(chǎn)品，主要針對低數據速率、低占空比的超低功耗設計(微瓦至毫瓦級電源)，包括智能家居、可穿戴設備、搖控器、植入式醫療設備、石油鉆井平臺和管道等難以觸及的設備、以及需要大量無(wú)線(xiàn)傳感器供電的環(huán)境感知應用。

以 TI集成降壓轉換器的最新bq25570升壓充電器為例，其靜態(tài)功耗僅為488毫微安(nA)，而且可在輸出電流低于10微安(μA)的情況下實(shí)現超過(guò) 90%的效率。bq25570不僅支持最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)，可從光伏電池和熱電發(fā)生器提取和管理電源，還支持任何能源存儲元件，例如可充電式鋰離子電池、薄膜電池、超級電容器或常規電容器等。在長(cháng)期存儲期間，bq25570 供電可通過(guò)“運送模式(ship mode)”特性禁用，使其流耗不足5nA。

bq25505 升壓充電器與 bq25570 類(lèi)似，但可實(shí)現低至325nA的工作靜態(tài)電流。bq25505采用自動(dòng)功率多路復用器柵極驅動(dòng)器，可通過(guò)能量采集電源與原電池實(shí)現無(wú)縫系統工作，在能量采集器不提供電能時(shí)，也能提供恒定電源，從而滿(mǎn)足系統工作需要。

除了電池管理電路外，TI還針對300mA輸出電流設計方案推出了降壓轉換器TPS62740，其可在主動(dòng)工作狀態(tài)下支持360nA的靜態(tài)電流，而待機狀態(tài)下靜態(tài)電流則為70nA。這款轉換器可在低至10uA的電流下實(shí)現超過(guò)90%的效率，以及31mm2的總體解決方案尺寸，支持可編程輸出電壓特性與 DCS-Control功能。對于更低電流設計而言，TI針對200mA設計方案的最新TPS62737轉換器以及針對50mA設計方案的 TPS62736 可在主動(dòng)工作期間實(shí)現 370nA的超低靜態(tài)電流，在睡眠模式下實(shí)現15nA的靜態(tài)電流，而在輸出電流不足15μA的情況下也可實(shí)現90%的效率。