能量采集產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)力，打破可穿戴設備續航瓶頸

近年來(lái)，新的可穿戴電子產(chǎn)品不斷被導入市場(chǎng)，無(wú)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(chǎng)來(lái)看，根據專(zhuān)業(yè)咨詢(xún)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(wàn)臺，預計2015年該類(lèi)產(chǎn)品的出貨量將增加到約4935萬(wàn)臺，增長(cháng)率為123%左右，至2018年這一數值將繼續增至約1億臺。推動(dòng)可穿戴電子市場(chǎng)迅猛發(fā)展的主因包括：在智能手機已幾近飽和的市場(chǎng)上，亟需創(chuàng )新型電子產(chǎn)品來(lái)驅動(dòng)新一輪的增長(cháng)；物聯(lián)網(wǎng)應用風(fēng)起云涌，可穿戴電子作為人與物之間重要的連接載體，未來(lái)的應用開(kāi)發(fā)空間越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

 

 

全球可穿戴電子設備出貨量預測(單位：萬(wàn)臺)

 

在對于可穿戴設備的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于多功能性以及日益提高的產(chǎn)品體驗要求，使得可穿戴設備的續航問(wèn)題也愈發(fā)突顯出來(lái)。多功能意味著(zhù)設備的功耗不斷增加，而用戶(hù)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航能力成為了眾多生產(chǎn)廠(chǎng)商探討的焦點(diǎn)之一。

 

能量采集技術(shù)可以幫助客戶(hù)解決續航能力問(wèn)題，其目標是把產(chǎn)品做成一個(gè)永久性的裝置，無(wú)需用戶(hù)去做充電以及更換電池的動(dòng)作；或者可以延長(cháng)可穿戴設備的續航時(shí)間，把目前普遍需要每天或每幾天充電的模式，變成每幾個(gè)星期或幾個(gè)月才需要充一次電，從而大幅提高最終用戶(hù)的產(chǎn)品應用體驗。

 

從現階段的開(kāi)發(fā)情況來(lái)看，一批以動(dòng)能、熱能、光能，甚至磁能為核心的能量采集芯片陸續出現在市場(chǎng)之上。賽普拉斯(Cypress)半導體公司資深產(chǎn)品工程師李冬冬表示：“能量采集芯片的最大特點(diǎn)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(lái)；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實(shí)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(dòng)能以及熱能等多種方式，以賽普拉斯新推出的太陽(yáng)能能量收集芯片S6AE101A為例，其內置了串聯(lián)型太陽(yáng)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(yáng)能組件產(chǎn)生的電量不夠，輔助用的電池也能夠同太陽(yáng)能組件一樣進(jìn)行能量供給，且靜態(tài)功耗僅僅為250nA ，只需1.2μW啟動(dòng)電力就能進(jìn)行超低功耗工作，這顆芯片在10uA的負載下轉換效率超過(guò)90%?；谶@顆芯片，賽普拉斯提供了一個(gè)低功耗的太陽(yáng)能供電IoT套件(49美金)，包含了主板、太陽(yáng)能面板模塊和BLE-USB橋，可實(shí)現溫濕度檢測以及藍牙通信功能。

 

李冬冬進(jìn)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(yáng)能板轉換過(guò)來(lái)的能量幾乎都存儲起來(lái)，也可以應用在更多微弱能量的場(chǎng)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選擇輸入源，當環(huán)境能量供應足夠時(shí)，能量收集系統會(huì )自動(dòng)地使用環(huán)境能量供電；當環(huán)境能量不足時(shí)，系統則會(huì )自動(dòng)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航時(shí)間。

 

產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設至關(guān)重要

　　

能量采集技術(shù)的開(kāi)發(fā)與整體產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設密不可分。其中，最引人關(guān)注的要算是易能森(EnOcean)聯(lián)盟，該聯(lián)盟的技術(shù)基礎是源自德國易能森的能量采集無(wú)線(xiàn)技術(shù)：即無(wú)線(xiàn)模塊將周?chē)h(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(shí)現了無(wú)需電池、且免維護的無(wú)線(xiàn)傳感解決方案。據了解，易能森技術(shù)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(shù)的無(wú)線(xiàn)國際標準，基于該標準，易能森聯(lián)盟規定了應用協(xié)議，確保聯(lián)盟成員所有產(chǎn)品之間的兼容性。目前，易能森聯(lián)盟已擁有超過(guò)350家成員公司，活躍于全球五大洲40個(gè)國家及地區，提供超過(guò)1200種基于EnOcean國際標準的互相兼容產(chǎn)品，為綠色智能建筑提供更加節能經(jīng)濟型自動(dòng)化解決方案。

 

李冬冬認為，能量采集技術(shù)的整個(gè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈非常健康，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游都在齊心協(xié)力共同完善能量采集技術(shù)，并推廣到更為廣泛的應用市場(chǎng)上。能量采集技術(shù)將朝著(zhù)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(shù)的永久性、免維護、易安裝等特點(diǎn)注定了這將是物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)，未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)將更多的采用能量采集技術(shù)來(lái)給系統供電。

 

同時(shí)，他也指出，目前能量采集在技術(shù)開(kāi)發(fā)上的難點(diǎn)主要體現在：能量收集系統需要專(zhuān)用、昂貴的低功耗模擬電路芯片；系統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行能量收集系統負載的傳感、處理以及通信功能等等，賽普拉斯的發(fā)展目標是大力開(kāi)發(fā)更低功耗、更具實(shí)用性的產(chǎn)品，以配合整體能量采集市場(chǎng)的快速成長(cháng)。