微能量采集芯片MF9006（替代bq25570）的功能特性与物联网应用

微能量采集（Energy Harvesting），亦被称作能量采集，在物联网设备基数庞大的当下，展现出巨大的应用价值与广阔的发展前景。它能够显著延长电池的使用寿命，甚至助力实现无电池设计方案。正因如此，在物联网领域，能量收集成为新兴应用的主要推动技术之一，引领着行业的未来发展方向。

与其它领域不同，物联网领域的微能量采集技术对方案体积有着更为严苛的要求。在具体设计时，通常会将MCU与专用能量收集IC相结合，再搭配低功耗、高精度的电源管理IC，以此实现完整的功能。

微能量采集实现精准充电

当前，物联网应用主要依靠有线电源和电池供电，然而这种方式在部署后存在维护困难和寿命受限等问题，制约了物联网产业的进一步发展。为达成设备高效维护、降低运营成本压力以及减少废旧电池对环境造成的污染等目标，越来越多的物联网设备开始采用能量收集解决方案。

微能量采集技术的最终愿景是，让物联网应用无需布线、无需更换电池，就能在其生命周期内实现永久续航。

从能量类型来讲，物联网能量收集方案的能量来源主要有光能、射频（RF）能量、温差能量（TEG）和机械能等。电源管理IC会将这些能量高效地转换为稳压电压，或者为电池和超级电容器等存储元件充电，这便是能量收集技术的基本工作原理。

在持续创新的推动下，目前能量收集技术已在物联网无线传感器、工业设备、楼宇自动化、智能电网、农业、可穿戴设备等众多领域得到应用。不过，由于能量收集技术是从自然环境中获取能量，所以存在发电效率低、不稳定等问题。因此，目前能量收集技术大多仍需与电池系统搭配使用。

对于光能这种发展相对成熟的应用，能量收集技术主要与二次电池配合使用，系统的典型结构包括收集、调节和储存三部分。能量收集器从能量源捕获能量并输出电能，随后通过电源管理IC调节输入电压以满足负载要求，最后这些能量被储存在二次电池中。

在这个典型结构里，中间的电源管理IC起着承上启下的关键作用，将能量收集器与储能电池连接起来。同时，电源管理IC的性能优劣，也决定了系统能量转换和收集效率的高低。

MF9006是一款具备电量管理、充放电管理、储能器件管理等多种功能的微光收集管理充电芯片。该芯片在低至400mV电压和15μW功率的能量输入场景下就能实现冷启动。启动后，它可从太阳能电池板等光量转换装置获取直流电，为可充电电池或超级电容器等储能元件充电，并能通过两个LDO稳压器为不同负载提供稳定的工作电压。其特性如下：

超低功率启动：在400 mV输入电压和15μW输入功率下可实现冷启动；

升压调节器：可通过管脚配置MPPT，可设置为70%、75%、85%或90%；每5秒检测一次MPPT开路电压；启动后输入电压范围为150mV至5V；

低电压LDO输出：支持最大负载电流20mA；输出电压可在1.2V/1.8V中选择；可通过管脚进行开关控制；

高电压LDO输出：支持最大负载电流80mA；输出电压可在1.8V~4.2V之间选择或调节；可通过管脚进行开关控制；

电池管理：可对可充电电池或超级电容器进行过充和过放保护参数配置；电池耗尽时进行提示；LDO可用时进行提示；

电池切换：当储能电池耗尽时，自动切换到一次电池；当储能电池恢复后，自动切换回储能电池；

超低的关机功耗：芯片进入关机状态时，总功耗仅为580nA。

能量收集为何是物联网的未来？

物联网能量收集系统与低功耗物联网应用方案紧密相关。过去，为延长设备寿命、降低更换电池的频率，一些物联网设备往往会限制带宽和数据上传次数，其余时间大多只能处于休眠或低功耗模式。但随着能量收集技术逐渐成熟，物联网设备能够根据环境变化灵活使用电能，在保障寿命和低运营成本的前提下，进一步丰富了物联网方案的功能性。

据IDTechEx研究，能量收集市场规模将从2017年的4亿美元增长到2024年的26亿美元。在物联网方案持续关注低功耗的趋势下，随着能量收集的能量源和技术不断丰富和成熟，越来越多的物联网应用将受益于“低功耗 + 能量收集”这一技术组合。


审核编辑 黄宇