能量采集產業(yè)聯盟發(fā)力，打破可穿戴設備續(xù)航瓶頸

近年來，新的可穿戴電子產品不斷被導入市場，無論是智能手環(huán)、手表，還是智能眼鏡等，都充分表現出可穿戴設備的應用潛力。從全球市場來看，根據專業(yè)咨詢機構MMRI的調查報告顯示，2014年全球可穿戴設備的出貨量約為2209萬臺，預計2015年該類產品的出貨量將增加到約4935萬臺，增長率為123%左右，至2018年這一數值將繼續(xù)增至約1億臺。推動可穿戴電子市場迅猛發(fā)展的主因包括：在智能手機已幾近飽和的市場上，亟需創(chuàng)新型電子產品來驅動新一輪的增長；物聯網應用風起云涌，可穿戴電子作為人與物之間重要的連接載體，未來的應用開發(fā)空間越來越受到人們的關注。

 

 

全球可穿戴電子設備出貨量預測(單位：萬臺)

 

在對于可穿戴設備的開發(fā)過程中，由于多功能性以及日益提高的產品體驗要求，使得可穿戴設備的續(xù)航問題也愈發(fā)突顯出來。多功能意味著設備的功耗不斷增加，而用戶又不愿意為可穿戴設備每天或每幾天去充電或是更換電池，于是，如何才能提升可穿戴設備的續(xù)航能力成為了眾多生產廠商探討的焦點之一。

 

能量采集技術可以幫助客戶解決續(xù)航能力問題，其目標是把產品做成一個永久性的裝置，無需用戶去做充電以及更換電池的動作；或者可以延長可穿戴設備的續(xù)航時間，把目前普遍需要每天或每幾天充電的模式，變成每幾個星期或幾個月才需要充一次電，從而大幅提高最終用戶的產品應用體驗。

 

從現階段的開發(fā)情況來看，一批以動能、熱能、光能，甚至磁能為核心的能量采集芯片陸續(xù)出現在市場之上。賽普拉斯(Cypress)半導體公司資深產品工程師李冬冬表示：“能量采集芯片的最大特點在于超低功耗、高轉換效率，以及對輸入/輸出的控制。超低功耗可以把能量收集系統(tǒng)的功耗降到最低，能收集更微弱的能量并最大限度地存儲起來；高轉換效率可以把能量盡可能多地用在能量收集負載上；而輸入/輸出控制可以幫助能量收集系統(tǒng)實現最有效的供電方式。”

 

賽普拉斯目前的能量采集方案包括了光能、動能以及熱能等多種方式，以賽普拉斯新推出的太陽能能量收集芯片S6AE101A為例，其內置了串聯型太陽能組件連接電路、輸出功率控制電路、輸出電容蓄電電路、電池供給切換電路。如果太陽能組件產生的電量不夠，輔助用的電池也能夠同太陽能組件一樣進行能量供給，且靜態(tài)功耗僅僅為250nA ，只需1.2μW啟動電力就能進行超低功耗工作，這顆芯片在10uA的負載下轉換效率超過90%?；谶@顆芯片，賽普拉斯提供了一個低功耗的太陽能供電IoT套件(49美金)，包含了主板、太陽能面板模塊和BLE-USB橋，可實現溫濕度檢測以及藍牙通信功能。

 

李冬冬進一步介紹道，該芯片的靜態(tài)功耗低至250nA，這樣芯片就能將太陽能板轉換過來的能量幾乎都存儲起來，也可以應用在更多微弱能量的場合。另一方面，該芯片的輸入源選擇功能可以智能地幫助系統(tǒng)選擇輸入源，當環(huán)境能量供應足夠時，能量收集系統(tǒng)會自動地使用環(huán)境能量供電；當環(huán)境能量不足時，系統(tǒng)則會自動切換到電池供電，這樣既可以不影響設備的正常使用，又最大限度地增加了可穿戴設備的續(xù)航時間。

 

產業(yè)生態(tài)建設至關重要

　　

能量采集技術的開發(fā)與整體產業(yè)生態(tài)建設密不可分。其中，最引人關注的要算是易能森(EnOcean)聯盟，該聯盟的技術基礎是源自德國易能森的能量采集無線技術：即無線模塊將周圍環(huán)境中的能量(如機械能、室內光能、溫差能等)轉化為電能，供給模塊工作，從而實現了無需電池、且免維護的無線傳感解決方案。據了解，易能森技術現已成為國際標準ISO/IEC 14543-3-10，也是全球唯一使用能量采集技術的無線國際標準，基于該標準，易能森聯盟規(guī)定了應用協議，確保聯盟成員所有產品之間的兼容性。目前，易能森聯盟已擁有超過350家成員公司，活躍于全球五大洲40個國家及地區(qū)，提供超過1200種基于EnOcean國際標準的互相兼容產品，為綠色智能建筑提供更加節(jié)能經濟型自動化解決方案。

 

李冬冬認為，能量采集技術的整個產業(yè)生態(tài)鏈非常健康，整個產業(yè)鏈上下游都在齊心協力共同完善能量采集技術，并推廣到更為廣泛的應用市場上。能量采集技術將朝著更低功耗、更高效率、更智能化、更高集成度的方向發(fā)展。能量采集技術的永久性、免維護、易安裝等特點注定了這將是物聯網市場的一個關鍵性技術，未來的物聯網網絡節(jié)點將更多的采用能量采集技術來給系統(tǒng)供電。

 

同時，他也指出，目前能量采集在技術開發(fā)上的難點主要體現在：能量收集系統(tǒng)需要專用、昂貴的低功耗模擬電路芯片；系統(tǒng)要求非常仔細地去設計能量收集、轉換以及存儲；要求計算復雜的能量收集負載功耗；需要靈活的低功耗芯片去執(zhí)行能量收集系統(tǒng)負載的傳感、處理以及通信功能等等，賽普拉斯的發(fā)展目標是大力開發(fā)更低功耗、更具實用性的產品，以配合整體能量采集市場的快速成長。