能量收集（Energy Harvesting），又稱為能量采集，對于物聯(lián)網(wǎng)這種設備數(shù)量龐大的領域來說，其應用潛力和發(fā)展前景備受看好。它不僅能顯著延長電池的使用壽命，甚至還能實現(xiàn)無電池設計方案。因此，在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中，能量收集被視為推動新興應用的重要技術之一，也是未來發(fā)展的重要方向。

與其他領域相比，物聯(lián)網(wǎng)領域的能量收集技術對方案體積有更為嚴格的要求。在具體設計中，通常會將 MCU 與專用能量收集 IC 相結合，并配合低功耗、高精度的電源管理 IC，以實現(xiàn)完整的功能。

能量收集的精準充電

當前，物聯(lián)網(wǎng)用主要依靠有線電源和電池供電，部署后存在維護困難、壽命受限等問題，這在一定程度上制約了物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)的發(fā)展。為了提高設備維護效率、降低運營成本，并減少廢舊電池對環(huán)境的污染，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設備將采用能量收集解決方案。

能量收集技術的終極目標是，讓物聯(lián)網(wǎng)應用在無需布線、無需更換電池的情況下，實現(xiàn)整個生命周期內的持續(xù)續(xù)航。

從能量類型來看，物聯(lián)網(wǎng)能量收集方案的來源主要包括光能、射頻（RF）能量、溫差能量（TEG）以及機械能等。電源管理 IC 會將這些能量高效地轉換為穩(wěn)定電壓，或為電池、超級電容器等儲能元件充電，這正是能量收集技術的基本工作原理。

在技術創(chuàng)新的推動下，能量收集目前已在物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器、工業(yè)設備、樓宇自動化、智能電網(wǎng)、農業(yè)、可穿戴設備等多個領域得到應用。不過，由于能量收集依賴自然環(huán)境，其發(fā)電效率低、輸出不穩(wěn)定等問題依然存在，因此現(xiàn)階段大多與電池系統(tǒng)搭配使用。

對于光能這類發(fā)展相對成熟的應用，能量收集技術通常與二次電池結合使用，系統(tǒng)的典型結構包括收集、調節(jié)和儲存三個環(huán)節(jié)。能量收集器從能量源獲取能量并輸出電能，然后由電源管理 IC 調節(jié)輸入電壓以匹配負載需求，最后將能量儲存在二次電池中。

在這一結構中，電源管理 IC 起著承上啟下的作用，連接能量收集器與儲能電池。同時，它的性能直接決定了整個系統(tǒng)的能量轉換和收集效率。

MF9006 是一款集成電量管理、充放電管理、儲能器件管理等功能的微光收集管理充電芯片。它能夠在低至 400mV 電壓和 15μW 功率的條件下實現(xiàn)冷啟動，啟動后可從太陽能電池板等光能轉換裝置獲取直流電，為可充電電池或超級電容器充電，并通過兩個 LDO 穩(wěn)壓器為不同負載提供穩(wěn)定工作電壓。其主要特性包括：

• 超低功率啟動：400mV 輸入電壓和 15μW 輸入功率下可冷啟動；

• 升壓調節(jié)器：可通過管腳配置 MPPT（70%、75%、85% 或 90%），每 5 秒檢測一次開路電壓；啟動后輸入電壓范圍 150mV~5V；

• 低電壓 LDO 輸出：最大負載電流 20mA，輸出電壓 1.2V/1.8V 可選，可通過管腳開關控制；

• 高電壓 LDO 輸出：最大負載電流 80mA，輸出電壓 1.8V~4.2V 可選 / 可調，可通過管腳開關控制；

• 電池管理：可配置對可充電電池或超級電容器的過充、過放保護參數(shù)；電池耗盡提示；LDO 可用提示；

• 電池切換：儲能電池耗盡時自動切換到一次電池；儲能電池恢復后自動切回；

• 超低關機功耗：關機狀態(tài)下總功耗僅 580nA。

為什么說能量收集是物聯(lián)網(wǎng)的未來？

物聯(lián)網(wǎng)能量收集系統(tǒng)與低功耗物聯(lián)網(wǎng)應用方案密切相關。過去，為了延長設備壽命并減少電池更換次數(shù)，一些物聯(lián)網(wǎng)設備往往會限制帶寬和數(shù)據(jù)上傳頻率，大部分時間處于休眠或低功耗模式。但隨著能量收集技術的成熟，物聯(lián)網(wǎng)設備可根據(jù)環(huán)境變化靈活用電，在保證壽命和低運營成本的同時，豐富了物聯(lián)網(wǎng)方案的功能。

根據(jù) IDTechEx 研究，能量收集市場規(guī)模將從 2017 年的 4 億美元增長到 2024 年的 26 億美元。在物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)關注低功耗的趨勢下，加上能量收集的能量源和技術日益豐富成熟，“低功耗 + 能量收集” 的技術組合將惠及越來越多的物聯(lián)網(wǎng)應用。