用于無電池設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)供電的太陽能收集方案

在大多數(shù)物體將通過互聯(lián)網(wǎng)連接的未來，設(shè)備和傳感器將不得不無線工作且無需電池。這對于減少能源消耗和環(huán)境污染非常重要。

Atmosic 推出了 ATM3 系列物聯(lián)網(wǎng)參考設(shè)計(jì)，專為通過光伏能量收集優(yōu)化節(jié)能并使藍(lán)牙連接設(shè)備的設(shè)計(jì)靈活而開發(fā)。這些參考設(shè)計(jì)將 Atmosic 的 M3 藍(lán)牙 5 片上系統(tǒng) (SoC) 與能量收集技術(shù)集成在一起。

Atmosic 首席執(zhí)行官 David Su 告訴EE Times Europe，借助 Atmosic 的技術(shù)，如果連接的設(shè)備需要電池來運(yùn)行，它們可以使用電池持續(xù)數(shù)年?！霸O(shè)備的使用壽命取決于實(shí)施和其他幾個(gè)因素，但一般來說，連接的設(shè)備可以持續(xù)數(shù)年而無需更換電池或充電?！?

參考設(shè)計(jì)解決方案使設(shè)計(jì)人員的生活更輕松，從而優(yōu)化了公司業(yè)務(wù)的上市時(shí)間。這三個(gè)參考設(shè)計(jì)——一個(gè)用于遙控器，另一個(gè)用于鍵盤，第三個(gè)用于信標(biāo)/傳感器——將于 2021 年第二季度發(fā)布。

太陽能

在最基本的層面上，物聯(lián)網(wǎng)傳感器必須能夠收集信息，以數(shù)字格式表達(dá)該信息并將其沿鏈傳輸，無論是傳輸?shù)礁浇耐鈬O(shè)備進(jìn)行收集和處理，還是直接傳輸?shù)胶蠖?。該過程的每個(gè)部分都有能源成本，盡管技術(shù)進(jìn)步大大提高了處理和傳輸?shù)哪茉葱剩茉慈匀皇俏锫?lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)的主要限制因素之一。

電池技術(shù)的發(fā)展速度比處理器、芯片和傳感器的速度要慢。這就是為什么一些公司正在尋找其他方法來為其物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電的原因之一。一種選擇是太陽能。隨著太陽能電池的效率越來越高，在小型設(shè)備中添加適當(dāng)尺寸的面板相當(dāng)容易，而且這些面板的成本最近也有所下降(圖 1)。

“太陽能電池技術(shù)在過去幾年中取得了顯著進(jìn)步，尤其是在小型化方面。效率繼續(xù)提高，現(xiàn)在可以使用各種材料的技術(shù)選項(xiàng)。Atmosic 正與多家太陽能電池制造商合作，尋求參考解決方案。制造商正在努力應(yīng)對的最新挑戰(zhàn)是嘗試制造小型、靈活的太陽能電池，以實(shí)現(xiàn)有趣的用例，”Su 說。

大氣參考設(shè)計(jì)

由于太陽能收集的能源效率，低功耗物聯(lián)網(wǎng)中使用的參考設(shè)計(jì)不僅可以擁有“永遠(yuǎn)”的電池壽命，而且還提供移除電池的可能性。Atmosic 強(qiáng)調(diào)了關(guān)注低功耗設(shè)計(jì)的各個(gè)方面將如何顯著減少并在許多情況下消除物聯(lián)網(wǎng)對電池的依賴。

“無電池設(shè)計(jì)為消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用提供了許多優(yōu)勢。考慮一家使用藍(lán)牙信標(biāo)跟蹤數(shù)千項(xiàng)資產(chǎn)的工廠。更換所有這些電池需要大量時(shí)間，而且所有這些電池的成本會(huì)迅速增加。通過使用無電池設(shè)計(jì)，公司可以減少維護(hù)時(shí)間并節(jié)省大量成本，”Su 說。

他補(bǔ)充說：“無電池設(shè)計(jì)非常適合尺寸相對較小且功耗較低的設(shè)備，例如鍵盤和遙控器。設(shè)備越大，它使用的功率就越多，因此它的光伏電池需要按比例增大。這就是為什么設(shè)計(jì)具有能量收集功能的更大、功率更密集的設(shè)備更具挑戰(zhàn)性，同時(shí)還要滿足其他設(shè)計(jì)要求，如尺寸和美觀。然而，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們將看到無電池設(shè)計(jì)適用于更廣泛的連接設(shè)備?！?

Atmosic 的光伏技術(shù)通過非常緊湊的光伏電池(相當(dāng)于太陽能電池板的微型)，最大限度地提高解決方案的能量捕獲，該電池緊湊地安裝在最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，以捕獲可能存儲(chǔ)在電池中的環(huán)境陽光或室內(nèi)光。

例如，在工業(yè)信標(biāo)實(shí)施中，可以在制造工廠、購物中心或娛樂場所部署數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)信標(biāo)，從而消除勞動(dòng)力和電池成本。對于遠(yuǎn)程控制和鍵盤等個(gè)人應(yīng)用，設(shè)備的可靠運(yùn)行是一個(gè)巨大的優(yōu)勢，同時(shí)通過減少全球部署的越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對電池的依賴，還提供了許多環(huán)境效益。

ATM3 遠(yuǎn)程控制參考設(shè)計(jì)提供三種不同的存儲(chǔ)配置，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)定制，包括不帶超級(jí)電容器的集成標(biāo)準(zhǔn)紐扣電池、帶超級(jí)電容器的標(biāo)準(zhǔn)紐扣電池、不帶超級(jí)電容器的可充電紐扣電池。

ATM3 參考設(shè)計(jì)的核心是直接集成在 BLE 芯片上的電源管理單元 (PMU)，以提高空間和成本效率。智能 PMU 直接連接到光伏 (PV) 電池，以最大限度地提高收集效率。

“雖然 Atmosic 的新 ATM3 系列物聯(lián)網(wǎng)參考設(shè)計(jì)專為光伏能量收集而設(shè)計(jì)，但 Atmosic 的 M3 SoC 使設(shè)備能夠管理電池的多個(gè)能量輸入以及從各種外部來源(包括光伏、射頻、熱能和動(dòng)能)收集的能量。這意味著制造商可以使用我們的 M3 SoC 設(shè)計(jì)從多種能源中獲取電力的產(chǎn)品;在特定能源可能不夠用的實(shí)施中，擁有多種能源將有助于設(shè)備運(yùn)行更長時(shí)間，”Su 說。

Atmosic 的低功耗 BLE 和高效光伏能量收集可減小必須非常小的光伏電池的尺寸，為工業(yè)應(yīng)用提供時(shí)尚緊湊的設(shè)計(jì)。