【導讀】在zai當dang前qian的de新xin能neng源yuan汽qi車che上shang，動dong能neng回hui收shou是shi絕jue大da多duo數shu車che輛liang都dou可ke以yi設she置zhi的de模mo式shi。在zai這zhe個ge模mo式shi下xia，電dian動dong機ji轉zhuan換huan為wei發fa電dian機ji，將jiang製zhi動dong產chan生sheng的de能neng量liang回hui收shou，並bing將jiang其qi儲chu存cun在zai高gao壓ya蓄xu電dian池chi中zhong。電dian動dong汽qi車che的de動dong能neng回hui收shou屬shu於yu能neng量liang收shou集ji技ji術shu的de一yi種zhong。

能量收集技術

能量收集（Energy Harvesting）也ye稱cheng能neng量liang采cai集ji，對dui於yu物wu聯lian網wang這zhe種zhong基ji數shu龐pang大da的de設she備bei而er言yan
，其qi應ying用yong價jia值zhi和he發fa展zhan前qian景jing更geng被bei看kan好hao，能neng夠gou大da大da增zeng加jia電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming
，甚shen至zhi打da造zao出chu無wu電dian池chi設she計ji的de方fang案an。因yin此ci
，在zai物wu聯lian網wang領ling域yu
，能neng量liang收shou集ji是shi新xin興xing應ying用yong的de主zhu要yao推tui動dong技ji術shu之zhi一yi，是shi行xing業ye發fa展zhan的de未wei來lai。

和其他領域有明顯差異的是
，物聯網領域的能量收集技術往往對方案體積要求更加嚴格。在具體的設計過程中，將MCU和專用能量收集IC結合在一起，然後輔以低功耗

、高精度的電源管理IC實(shi)現(xian)完(wan)整(zheng)的(de)功(gong)能(neng)。貿(mao)澤(ze)電(dian)子(zi)作(zuo)為(wei)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)一(yi)站(zhan)式(shi)采(cai)購(gou)平(ping)台(tai)
，能(neng)夠(gou)給(gei)大(da)家(jia)提(ti)供(gong)可(ke)用(yong)於(yu)物(wu)聯(lian)網(wang)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)的(de)豐(feng)富(fu)元(yuan)器(qi)件(jian)選(xuan)擇(ze)，幫(bang)助(zhu)大(da)家(jia)打(da)造(zao)更(geng)具(ju)市(shi)場(chang)競(jing)爭(zheng)力(li)的(de)創(chuang)新(xin)方(fang)案(an)。

能量收集的精準充電

目前

，物聯網應用主要采用有線電源和電池供電，部署之後存在維護困難和壽命限製等問題，製約了物聯網產業的發展。

根據市場調研機構Statista發布的數據，2021年全球聯網物聯網設備的數量為113億，預計到2030年將達到294億yi台tai。為wei了le實shi現xian設she備bei的de高gao效xiao維wei護hu，降jiang低di運yun營ying的de成cheng本ben壓ya力li，並bing減jian少shao廢fei舊jiu電dian池chi對dui環huan境jing的de汙wu染ran
，會hui有you越yue來lai越yue多duo的de物wu聯lian網wang設she備bei采cai用yong能neng量liang收shou集ji解jie決jue方fang案an。

如上所述，能量收集技術最終的願景是，讓物聯網應用在無需布線、無需更換電池的情況下
，即可實現其生命周期內的永久續航。

從能量類型來看


，物聯網能量收集方案的能量來源主要是光能、射頻（RF）能量
、溫差能量（TEG）和機械能等
，電源管理IC將這些能量高效率轉換為穩壓電壓，或為電池和超級電容器存儲元件充電

，這便是能量收集技術的基本工作原理。

目前
，能量收集方案在不斷的創新。如下圖所示，這是韓國科學技術研究所（KIST）yanjiurenyuandazaoderedianfadianji，tongguoshiyongyizhongfuzhezaiyouyinnamixianzhichengdedanxingjidishangdewujicailiao
，jiejuelechuantongredianfadianjigangxingdewenti
，nenggouherentipifuyouhenhaodetiehe，jiangrentireliangliyongqilai，gengyouliyudazaowuxudianchidekechuandaishebei。

圖1：人體熱量熱電發電機概念圖

（圖源：韓國科學技術研究所）

圖2：人體熱量熱電發電機原理圖

（圖源：韓國科學技術研究所）

在不斷創新的推動下
，目前能量收集技術在物聯網無線傳感器
、工業設備
、樓宇自動化、智能電網、農業、可穿戴設備等眾多領域已經展開應用。不過
，由於能量收集技術是從自然環境中獲取能量
，導致能量收集存在發電效率低、不穩定等問題。因此
，目前能量收集技術大都還是和電池係統搭配使用。

對於像光能這種已經發展相對成熟的應用

，能量收集技術主要搭配二次電池一起使用

，係統的典型結構是收集
、調節和儲存三部分。如下圖所示，這是一種雙源能量收集的電路框圖
，能量收集器從能量源捕獲能量並輸出電能
，接下來通過電源管理IC調節輸入電壓以適應負載要求，最後這些能量都被儲存在二次電池中。

圖3：雙源能量收集電路示意圖

（圖源：國家知識產權局）

在這個典型結構中
，中間的電源管理IC起到了承上啟下的作用
，將能量收集器與儲能電池連接起來。與此同時

，電源管理IC的性能好壞，也決定了這套係統能量轉換、收集效率的高低。

在此
，我們為大家推薦來自製造商Analog Devices (ADI)的MAX17703鋰離子電池充電器控製器，這款器件在貿澤電子上的料號為MAX17703ATG+。

MAX17703是一款高效
、高壓
、同步
、降壓、Himalaya鋰離子電池充電器控製器
，設計用於在4.5V至60V輸入電壓範圍內工作。

圖4：MAX17703鋰離子電池充電器控製器

（圖源：貿澤電子）

MAX17703為鋰離子電池提供完整的充電解決方案

，能夠適配鋰聚合物、LiFePO4和鋰鈦酸電池等二次電池，並提供出色的調節
、監視精度。該器件分別提供±4%和±1%的精確CCCV充電電流/電壓，充電電流監視精確度（ISMON）為±6%，能夠以恒定電流（CC）和恒定電壓（CV）狀態為電池充電，並在錐形定時器結束後在充滿電狀態下端接。

圖5：MAX17703鋰離子電池充電周期

（圖源：ADI）

需要特別指出的是
，MAX17703是(shi)一(yi)款(kuan)開(kai)關(guan)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器(qi)控(kong)製(zhi)器(qi)
，相(xiang)較(jiao)於(yu)脈(mai)衝(chong)式(shi)和(he)線(xian)性(xing)式(shi)，具(ju)有(you)更(geng)出(chu)色(se)的(de)恒(heng)流(liu)和(he)恒(heng)壓(ya)性(xing)能(neng)
，並(bing)且(qie)不(bu)需(xu)要(yao)外(wai)部(bu)器(qi)件(jian)的(de)幫(bang)助(zhu)就(jiu)能(neng)夠(gou)起(qi)到(dao)調(tiao)節(jie)作(zuo)用(yong)，因(yin)此(ci)能(neng)夠(gou)和(he)光(guang)能(neng)等(deng)能(neng)量(liang)源(yuan)更(geng)好(hao)地(di)配(pei)合(he)。就(jiu)以(yi)光(guang)能(neng)為(wei)例(li)，目(mu)前(qian)很(hen)多(duo)物(wu)聯(lian)網(wang)應(ying)用(yong)采(cai)用(yong)小(xiao)型(xing)光(guang)伏(fu)係(xi)統(tong)供(gong)電(dian)，不(bu)過(guo)光(guang)伏(fu)電(dian)池(chi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)隨(sui)光(guang)照(zhao)強(qiang)度(du)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)增(zeng)加(jia)，隨(sui)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)的(de)升(sheng)高(gao)而(er)降(jiang)低(di)

，實(shi)時(shi)調(tiao)節(jie)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)使(shi)其(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)最(zui)大(da)功(gong)率(lv)點(dian)附(fu)近(jin)，能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)提(ti)升(sheng)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)的(de)效(xiao)率(lv)。

如下麵的簡化原理框圖所示，MAX17703通過外部N-MOSFET提供輸入電源側短路保護，可防止輸入意外短路時電池放電。

圖6：MAX17703應用電路框圖

（圖源：ADI）

此外
，MAX17703提供的保護功能還包括安全定時器特性（TMR）、深度放電電池檢測和預處理（DDTH）、逐周期過流限製、可編程EN/UVLO閾值和過溫保護等。這些出色的保護功能讓MAX17703能夠被應用於嚴苛的環境中。

除了應用於工業電池充電和能量存儲
，MAX17703還能夠被應用於電動工具和手持式終端、電池備份
、照明
、安全攝像頭和控製麵
、便攜式工業和醫療設備，以及樓宇和家居自動化備用電源等應用中。

能量收集的高效管理

物聯網能量收集的另一種主流搭配方式是能量收集+一次電池，這樣做的目的是盡可能延長物聯網應用中一次電池的使用壽命，降低更換電池的頻次。

回(hui)到(dao)上(shang)麵(mian)的(de)論(lun)點(dian)
，目(mu)前(qian)大(da)部(bu)分(fen)通(tong)過(guo)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)而(er)來(lai)的(de)能(neng)量(liang)量(liang)級(ji)還(hai)很(hen)小(xiao)且(qie)不(bu)穩(wen)定(ding)，采(cai)用(yong)一(yi)次(ci)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)備(bei)份(fen)能(neng)量(liang)
，可(ke)以(yi)在(zai)需(xu)要(yao)的(de)時(shi)候(hou)保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)，較(jiao)為(wei)常(chang)見(jian)的(de)案(an)例(li)有(you)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)、可穿戴設備
、狀態檢測設備

、資(zi)產(chan)跟(gen)蹤(zong)設(she)備(bei)等(deng)。不(bu)過(guo)，和(he)傳(chuan)統(tong)一(yi)次(ci)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)的(de)物(wu)聯(lian)網(wang)應(ying)用(yong)不(bu)同(tong)
，這(zhe)些(xie)方(fang)案(an)中(zhong)的(de)一(yi)次(ci)電(dian)池(chi)主(zhu)要(yao)起(qi)到(dao)備(bei)用(yong)電(dian)池(chi)的(de)作(zuo)用(yong)
，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)更(geng)精(jing)細(xi)化(hua)的(de)管(guan)理(li)和(he)使(shi)用(yong)。

在此，我們為大家推薦來自製造商ADI的LTC3337一次電池健康狀況監視器

，貿澤電子上這款器件的料號為LTC3337ERC#TRMPBF。

圖7：LTC3337一次電池健康狀況監視器

（圖源：貿澤電子）

LTC3337是一款具有內置精密庫侖計數器的原電池健康狀態(SOH)監視器，可提供電池放電、電壓、阻抗和溫度的精確實時讀數。無限動態範圍庫侖計數器是ADI獲得專利的創新設計，記錄所有累積的電池放電，並將其存儲在可通過I²C接口訪問的內部寄存器中。基於此充電狀態(SOC)的放電警報閾值可通過編程設置。當達到閾值時
，IRQ引腳產生中斷。庫侖計數器的精度低至空載也保持恒定。LTC3337設計用於與一次電池串聯
，相關串聯電壓降極小。

圖8：LTC3337係統框圖

（圖源：ADI）

LTC3337的引腳功能能夠帶來更加靈活的設計選擇。比如，為了能夠適用於各種一次電池輸入，開發人員可以通過LTC3337器件引腳在5mA至100mA之間選擇峰值輸入限流值；可針對BAT_IN或BAT_OUT引腳進行庫侖計算，具體取決於AVCC引腳連接
；為輸出端使用兩個超級電容器（可選）堆棧的應用，提供BAL引腳。

圖9：LTC3337典型應用電路

（圖源：ADI）

通過下圖能夠看到，LTC3337內部集成的庫侖計數器具有非常高的精密性。

圖10：庫侖計數器誤差表現

（圖源：ADI）

LTC3337可用於與能量收集技術搭配的低功耗一次電池供電係統，也可用於遠程工業傳感器（例如儀表和警報）
、資產跟蹤器
、電子門鎖
、保持有效電源和電池設備和SmartMesh® 等應用中。

為什麼說能量收集是物聯網的未來？

物(wu)聯(lian)網(wang)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)係(xi)統(tong)和(he)低(di)功(gong)耗(hao)物(wu)聯(lian)網(wang)應(ying)用(yong)方(fang)案(an)是(shi)強(qiang)相(xiang)關(guan)的(de)。過(guo)往(wang)為(wei)了(le)延(yan)長(chang)設(she)備(bei)壽(shou)命(ming)並(bing)降(jiang)低(di)更(geng)換(huan)電(dian)池(chi)的(de)頻(pin)次(ci)，一(yi)些(xie)物(wu)聯(lian)網(wang)設(she)備(bei)往(wang)往(wang)都(dou)會(hui)限(xian)製(zhi)帶(dai)寬(kuan)和(he)數(shu)據(ju)上(shang)傳(chuan)次(ci)數(shu)，其(qi)餘(yu)時(shi)間(jian)大(da)多(duo)被(bei)迫(po)處(chu)於(yu)休(xiu)眠(mian)或(huo)者(zhe)低(di)功(gong)耗(hao)模(mo)式(shi)。不(bu)過(guo)，隨(sui)著(zhe)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)技(ji)術(shu)逐(zhu)漸(jian)成(cheng)熟(shu)，物(wu)聯(lian)網(wang)設(she)備(bei)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)環(huan)境(jing)的(de)變(bian)化(hua)靈(ling)活(huo)使(shi)用(yong)電(dian)能(neng)，在(zai)保(bao)障(zhang)壽(shou)命(ming)和(he)低(di)運(yun)營(ying)成(cheng)本(ben)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，進(jin)一(yi)步(bu)豐(feng)富(fu)了(le)物(wu)聯(lian)網(wang)方(fang)案(an)的(de)功(gong)能(neng)性(xing)。

根據IDTechEx研究
，能量收集市場規模將從2017年的4億美元增長到2024年的26億美元。在物聯網方案持續關注低功耗的趨勢下
，加之能量收集的能量源和技術逐漸豐富和成熟，會有越來越多的物聯網應用受益於“低功耗+能量收集”這套技術組合。

正如上述所講的，在能量收集係統中，電源管理IC起到了至關重要的作用，是係統的核心之一，而提供出色電源管理IC產品正是貿澤電子能夠賦能物聯網能量收集技術更好發展的價值所在。

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