微能量取電打開無電池傳感未來

在材料與傳感器技術(shù)的一輪輪工藝革新中，全球傳感器市場不斷擴(kuò)大，同時(shí)也正經(jīng)歷著需求升級。特別是現(xiàn)在如火如荼的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，可以說是與傳感器深度綁定的賽道，相關(guān)傳感器的新需求不斷涌現(xiàn)。

當(dāng)前一些物聯(lián)網(wǎng)傳感器應(yīng)用呈現(xiàn)出了部署范圍廣，距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，這就對傳感器供電提出了新的挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)傳感器的設(shè)計(jì)中，傳感器節(jié)點(diǎn)的供電問題原本就是系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)，不過以往采用有線連接或者采用電池供電的傳感器，不太會(huì)遇到斷電的情況，加之更換電池也算方便。

而到了那些需長期監(jiān)測、電池又不易更換、又無法支持長距離有線連接的應(yīng)用里，采用有線連接或者電池供電的傳感器供電面臨更大的挑戰(zhàn)。為解決這一難題，傳感器正在加速向“無源化”轉(zhuǎn)變。

在沒有電網(wǎng)布線、沒有電池的情況下，傳感器通過從環(huán)境中提取微小的能量源來完成設(shè)備自取能、自供能的技術(shù)是現(xiàn)在行業(yè)發(fā)展的熱門風(fēng)向。這種技術(shù)使得物聯(lián)網(wǎng)傳感器能夠在無電池、無布線的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)工作，并完成物聯(lián)網(wǎng)連接，更契合部署范圍廣，距離遠(yuǎn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

這些被捕捉的微小能量源，可能是輻射能、動(dòng)能、溫差能，也可能是射頻能，傳感器內(nèi)部通過特定的轉(zhuǎn)換機(jī)制將這些能量轉(zhuǎn)化為電能以供使用。比如壓電式傳感收集振動(dòng)能量，熱電式傳感收集的是溫差能量。這些能量源通常具有存在于環(huán)境中且無需額外維護(hù)的特點(diǎn)，為傳感器的自供能提供了可能。

像紅外傳感器、雷達(dá)偵查設(shè)備等，它們通過接收目標(biāo)的紅外輻射或電磁輻射來獲取目標(biāo)的方位信息和輻射源信息。輻射能量在元件內(nèi)部產(chǎn)生導(dǎo)電通道，從而開啟并持續(xù)為傳感器的運(yùn)作供電，這種持續(xù)供電的循環(huán)是這種發(fā)展趨勢下傳感器理想的狀態(tài)。

當(dāng)然這種能量轉(zhuǎn)換型的應(yīng)用會(huì)臨轉(zhuǎn)換的電量微弱難題，所以需要配置專門的能量管理硬件IC來提供高轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)傳感器自身的工作損耗也要足夠低才能盡可能靠近自給自足的理想模式。

采集無線射頻信號（如Wi-Fi、藍(lán)牙、NFC等）并將其轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)現(xiàn)在也在不斷突破，這一方向可以充分利用現(xiàn)在環(huán)境中的無線射頻信號。傳感器在工作時(shí)通過無線射頻信號從射頻輻射功率傳感器接口獲取能量。

基于NFC的取電設(shè)計(jì)，距離一般較短，屬于近距離電感耦合，瞬時(shí)的大功率利于瞬時(shí)的取電供電應(yīng)用；基于藍(lán)牙的取電設(shè)計(jì)可以覆蓋的取電頻率很廣，理論的取電距離更遠(yuǎn)，定位是中遠(yuǎn)距離射頻取電。

國內(nèi)這一塊已經(jīng)有不少廠商做的很不錯(cuò)，處于行業(yè)前列。像啟緯科技的TurboNFC取電技術(shù)基于NFC接口，能夠?qū)崿F(xiàn)250mw-300mW的無線功率采集，已經(jīng)可以輕松地驅(qū)動(dòng)一些小型傳感器了。每開創(chuàng)新的R-nergy1.0技術(shù)方案也是基于NFC，目前射頻取電功率已經(jīng)做到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的1W；R-nergy2.0則是基于藍(lán)牙的多頻率中遠(yuǎn)距離取電，能夠支持多個(gè)無電池設(shè)備同時(shí)供電和組網(wǎng)。

同時(shí)隨著材料科學(xué)和微納技術(shù)的發(fā)展，一些新材料也被應(yīng)用于微能量取電領(lǐng)域，這些新材料與新取電技術(shù)的融合，為微能量取電技術(shù)帶來了更高的取電效率和更廣闊的使用場景。

誠然目前微能量取電賽道仍舊面臨能量轉(zhuǎn)換效率偏低、儲(chǔ)能技術(shù)不夠成熟等技術(shù)挑戰(zhàn)，但從其展現(xiàn)出的創(chuàng)新性和實(shí)用性我們已經(jīng)可以窺見無電池傳感器應(yīng)用的未來。

今年微能量取電產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)又取得了哪些突破？行業(yè)風(fēng)向在向何方延伸？為了促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游發(fā)展，展示微能量取電技術(shù)新的應(yīng)用場景，深圳市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)將舉辦一場“IOTE·2024深圳智能傳感&微能量取電生態(tài)會(huì)”，大會(huì)將邀請微能量取電創(chuàng)新應(yīng)用的廠商一起分享行業(yè)的最新信息與經(jīng)驗(yàn)，共筑微能量取電圈的繁榮生態(tài)，歡迎感興趣的朋友參與！