低能耗与高转换 ADI以技术创新力克能量采集技术挑战

大千世界中能量无处不在且形式各异，因此能量的收集和储存技术并非是一项全新的技术。如今，随着物联网的飞速发展，越来越多的IC企业逐渐开始重视并注力开发高效能的能量收集芯片、系统及解决方案，借此让产品在整个生命周期中实现可持续应用。但对这些企业而言，目前最大的挑战就是如何实现产品的能耗最低化以及最大限度提升转换效率。

根据市场研究公司IDTechEx的数据显示，能量采集市场目前正出现越来越多刺激成长的因素，预计这一市场将在未来5年内开始显着成长。从2015-2020年的五年期间，出货量的复合年成长率(CAGR)预计将达到26%，市场产值的CAGR也将有21%。由此看出，能量采集市场现在正处于高速发展阶段并蕴藏巨大市场商机。

ADI公司工业与能源事业部亚太市场经理 张松刚

那厂商该如何管理与应用微能量呢?针对这一问题，来自ADI公司的工业与能源事业部亚太市场经理张松刚先生凭借多年在能量采集领域上的专业经验作以解答，他表示：“厂商必须要做的就是积少成多地把能量收集并管理起来，这也涉及到能量存储及减小漏电流的问题，需要有能连续存储并极低漏电流的存储器件，只有漏电流远远小于收集的能量，这些采集来的能量才有可能会被用到;一旦这些采集到的能量集中管理起来后，可以被用来驱动一些短暂或脉冲型的负载;对于那些连续工作的负载就牵扯到另一个问题，低功耗和超低功耗器件，只有这些超低功耗的器件的工作损耗与采集的能量及这些能量的管理达到平衡，微能量采集才能真正被广泛应用。”

“针对上述提及的能量采集芯片的相关挑战，对于大幅提高转换效率很多物理定律及相关材料问题，并非是一个很容易解决的问题，大幅度降低芯片自身的功耗及管理好采集到的能量则相对比较容易实现。”张松刚先生这样认为，并以ADI目前最新的相关产品加以详述：“ADI目前推出了一系列基于太阳能的能量采集芯片——ADP5090/5091/5092，是一款非常优秀的解决方案。首先它具有极低的功耗(<300nA)并在很低的电压(380mV)下即可启动工作;可以管理采集到的微能量并给电池(锂电池、薄膜电池、超级电容等)和电容充电，使之达到负载所需的工作电压;可以支持突发性的射频输出或MCU，并支持第二个后备电池;对于如何提高太阳能的转换效率，该芯片特别设计了MPPT控制功能来保证太阳能电池板能一直工作在最大功率点上，只需要手表盘大小的太阳能电池板即可工作。该芯片可以广泛应用于可见光照射下的任何便携式设备、无供电电源的传感器、无线发射模块、可穿戴设备等多种应用中。”

随后，张松刚针对该新品的应用实例展开介绍：“在新兴的电力配电网自动化热潮中，架空型故障指示器是一个非常特殊的产品，它是悬挂在10KV电力线上、没有任何外部供电装置、并能长时间工作的传感设备。在国家电网的新要求中，电流互感器(CT)取电作为了主要的供电方式，并加入了更多的功能要求;针对这些新要求，ADI公司推出了采用能量采集芯片ADP5091的能源管理方案。它可以实现对电流互感器的能量采集，对超级电容的充电管理并支持最大功率点跟踪(MPPT)用来提高充电效率，实现对后续电路(包括MCU)的稳定电源提供及后备电池的管理，并可以支持多种能量源的采集。该方案很好地实现了用一颗芯片管理所有的能量采集、充电及电源管理，并很好地满足了国家电网的新要求。”