能量收集传感器正彻底改变物联网设备的供电方式，实现"永久续航"。以下是涵盖能量源、转换电路、存储方案和超低功耗设计的完整技术体系：
| 能量源 | 功率密度 | 适用场景 | 关键器件 |
|---|---|---|---|
| 室内光伏 | 10-100μW/cm² | 智能家居/楼宇 | CXMD7220（光感IC） |
| 振动能量 | 50-500μW/g² | 工业设备监测 | CXMU3588（压电转换） |
| 温差发电 | 20-100μW/Δ10℃ | 管道/发动机监测 | CXSD31856（热电偶AFE） |
| RF能量 | 1-10μW/cm² | 电子货架标签 | CXSD2110B |
| 流体动能 | 100μW@1m/s | 供水管网监测 | CXSD550 |
多源输入拓扑
graph LR
A[光伏] --> D[能量管理IC]
B[振动] --> D
C[温差] --> D
D --> E[超级电容]
E --> F[负载]
关键芯片选型
光伏收集：CXMU25570（启动电压330mV）
振动收集：CXLD3331（集成DC-DC+能量库）
多源混合：支持6种输入
最大功率点跟踪（MPPT）
c
// 软件MPPT算法示例
void MPPT_Control() {
if ((dP > 0) && (dV > 0))
Duty_Cycle += STEP;
else
Duty_Cycle -= STEP;
}| 存储器件 | 充电效率 | 循环寿命 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 固态薄膜电池 | 95% | 10万次 | 可穿戴设备 |
| 超级电容 | 99% | 100万次 | 工业高频脉冲 |
| 锂聚合物电池 | 85% | 500次 | 大容量备份 |
典型配置：
短期缓冲：CAP-XX GW209（0.5F）
长期存储：Enfucell SoftBattery®（1mAh）
事件驱动架构
sequenceDiagram
能量收集模块->>传感器: 储能达标中断
传感器->>MCU: 触发唤醒
MCU->>无线模块: 发送数据
超低功耗传感器选型
温度：CXMU116（1.2μA@1Hz）
湿度：CXMU40（0.4μA）
加速度：CXMU362（2μA@100Hz）
动态采样率调整
python
def adaptive_sampling():
if energy_level > threshold:
interval = 1s # 高能态
else:
interval = 60s # 低能态
---
#### **五、典型应用方案**
**1. 智慧农业（光伏+LoRa）**
- **能量源**：2cm²光伏板（室内50μW）
- **传感器**：SHT45
- **工作模式**：
- 白天收集能量（存储至3V/1F超级电容）
- 夜间每2小时上报数据
**2. 工业振动监测（压电+BLE）**
- **能量源**：PZT压电片（200μW@60Hz）
- **采样策略**：
- 连续记录振动RMS值
- 仅异常数据无线传输
**3. 智能窗控（温差发电）**
- **能量源**：TEG模块（ΔT=5℃时80μW）
- **功能实现**：
- 温差发电→LTC3108升压
- 驱动STM32L4执行器控制
---
#### **六、电源管理关键技术**
1. **冷启动电路设计**
```circuit
[能量源] → [电荷泵] → [0.1F储能电容] → [CXHD25504] → [系统]
↑
[启动电压0.3V]
负载优先级管理
| 等级 | 设备 | 最低工作电压 |
|---|---|---|
| 1 | 传感器 | 1.8V |
| 2 | MCU | 2.1V |
| 3 | 无线模块 | 2.7V |
能量预算算法
math
t_{operate} = \frac{C_{storage} × (V_{max}^2 - V_{min}^2)}{2P_{load}}能量平衡测试
使用Keysight N6705C模拟各种能量场景
极限环境测试
-40℃~85℃温度循环（IEC 60068-2-14）
寿命加速测试
85℃/85%RH下持续工作1000小时
通过 "多源收集+智能管理+超低功耗" 技术闭环，可实现：
✅ 永久性免维护运行
✅ 0.1mm³微型化设计（如可吞服传感器）
✅ 恶劣环境可靠工作（-40℃~150℃）
