微源取能芯片新技術賦能自供能傳感器零碳排放.pdf

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1、喬磊2023.05.1701行業現狀產品介紹0203應用案例04公司簡介行業現狀微源取能，又稱“微環境能量收集”。由于自然環境中的機械能、熱能、太陽能等具有綠色、可持續性以及廣泛分布等特點，通過對其開發利用，可以高性能的通過收集環境中的微能量，轉換成可以供低功耗器件使用的電能，以達到高效利用能量的目的。能夠很好的解決傳統電池供電污染性、更換電池困難和使用壽命有限等問題。汽車的噪聲與震動車床的噪聲與震動信號發射熱點發光體發出的光汽車的噪聲與震動車床的噪聲與震動信號發射熱點發光體發出的光設備的“次級電源”包括：無線監控設備、手機、可拆卸電源等設備電源。主要特點:“麻煩”“麻煩麻煩”設備環境隱蔽設備

2、環境隱蔽設備環境危險設備環境危險電源費用電源費用設備環境設備環境設備環境偏僻設備環境偏僻危險不方便密封性隱蔽性設備的“初級電源”對設備的“次級電源”進行充電和間接的對設備進行供電，以提高“次級電源”運行正常和穩定。汽車的噪聲與震動車床的噪聲與震動信號發射熱點發光體發出的光汽車的噪聲與震動車床的噪聲與震動信號發射熱點發光體發出的光 能量收集電源管理芯片是近年來很熱門的研宄方向，可以實現將能量采集得到的能量進行轉換成系統可以工作的電壓。由于能量采集所得的能量很低在微瓦量級，所以需要在極低的供電電壓下工作。通過對比能量來源和環能功率，其中光能、磁場能功率較大，是未來微能量收集的重點取能研究方向。后續

3、第二階段可以在第一階段的研究成果基礎上再進行溫差能、振動能的研究。據美國Innovative Research and Products(iRAP)公司的調查顯示，到2024年，整個微型能量收集的市場規模將達到20.35億美元。而從2019年開始，其市場一直保持每年73%的高增長率；英國的IDTechEx公司也曾提供數據：“能量收集與能源類相關設備市場規模將由2010年的4.4億美元增長至2022年的17.05億美元”；國內對超低電壓啟動及超低功耗的技術研究停留在科研院所，未集成能量存儲、管理等功能。國外公司如ADI、TI、ST已經發布微能量啟動的低功耗電源管理芯片，靜態電流可低到nA級。麻省

4、理工學院的研究團隊在2007年6月7日美國科學雜志的網站上發表了他們的研究成果。研究小組把共振運用到電磁波的傳輸上而成功“抓住”了電磁波。他們利用銅制線圈作為電磁共振器，一團線圈附在傳送電力方，另一團在接受電力方。當傳送方送出某特定頻率的電磁波后，經過電磁場擴散到接受方，電力就實現了無線傳導。這項被他們稱為“無線電力”的技術經過多次試驗，已經能成功為一個兩米外的60瓦燈泡供電。富士通半導體最新推出的在微光條件下也可以實現97%轉換效率的光環境發電PMIC，并且此電源管理IC還可以實現低至0.35V的超低電壓啟動。慕尼黑上海電子展富士通半導體的展臺產品介紹光光熱熱無線無線電波電波震動震動能量能量

5、能量轉換能量轉換光伏光伏溫差電溫差電天線天線電磁波電磁波壓電壓電靜電靜電環境發電環境發電ICMPPT整流整流升升/降壓降壓DC-DC設備存儲設備存儲 應用設備應用設備傳感器傳感器物聯網物聯網終端終端電電電電01冷啟動03電池管理與切換 02MPPT 04LDO電壓輸出06工作環境05多種能量源收集400 mV 輸入電壓和 15W 輸入功率下實現冷啟動通過管腳可配置，每 5 秒檢測一次 MPPT 開路電壓；啟動后輸入電壓范圍 150mV 至 5V；對可充電電池或超級電容器進行過充和過放保護參數配置；電池耗盡時進行提示；LDO 可用時進行提示；儲能電池與一次電池切換管理 20mA負載；輸出電壓 1

6、.2V/1.8V 可選；80mA負載；輸出電壓 1.8V4.2V 可選/可調。微光能、射頻能、熱能、機械能寬溫：-40 to+125；寬壓：1.2V或1.8V20 mA1.8 V4.1 V 80 mA；電源備份。冷啟動 MPPT 升/降壓 Boost/BuckLDO環微源取能IC室內環境光照強度 辦公區域光照強度 白天300500lux左右一般公共區域光照強度50100lux 左右并聯電阻光能發電等效電路傳統室外太陽能板 串聯阻值變化，影響伏安曲線 并聯阻值變化，不影響伏安曲線室內光能薄膜 串聯阻值變化，不影響伏安曲線 并聯阻值變化，影響伏安曲線串聯電阻并聯電阻串聯電阻有光就有電，有光就發電。

7、光電轉換靈敏度高光電轉換效率一致性好，產品性能離散性小 行業領先的室內光能轉換效率 漏電流小，功率輸出/帶載能力強柔性，超薄，可挖孔，形狀定制，易于集成無線電波可穿透，便于與天線集成，天線可以直接放背面室內光能采集自發電柔性薄膜 （印刷 碳基 室內 光）+光能轉換模組（智芯）+方案設計及應用支持高 可 靠低時延百ms量級十ms量級s量級傾斜傳感器傾斜傳感器拉力傳感器拉力傳感器溫度傳感器溫度傳感器舞動監測設備舞動監測設備電纜分布式電纜分布式診斷設備診斷設備AIAI智能頭盔智能頭盔水位傳感器水位傳感器伸縮形變傳感器伸縮形變傳感器SF6SF6傳感器傳感器油色譜分析油色譜分析 鐵芯夾電流監測鐵芯夾電流

8、監測震動傳感器震動傳感器特高頻傳感器特高頻傳感器視頻監測視頻監測門吸傳感門吸傳感ms量級星型組網拓撲，支持1：3000節點；Mesh組網拓撲，支持1：500節點；異構組網拓撲，回傳節點：匯聚節點：終端節點=1：250：250，可海量接入10000+節點。星型組網拓撲Mesh組網拓撲異構組網拓撲無線ICBC200RX 模式：4.5mA 3.3V TX 模式：4.6mA 0dBm 外部中斷模式：0.4uA 低功耗+12dBm 可編程輸出功率 支持單端口天線輸出 可編程功率內嵌輕量級安全星型組網 Mesh組網 多種組網應用5.0mm5.0mm QFN484.0mm4.0mm QFN32 符合 RoH

9、S 標準封裝極高接收靈敏度-99dBm 1M 區域自維護密鑰分發機制內生安全機制與協議聚合 DetMeshLoRaZigBeeBLE5.0WiFi覆蓋距離500m8km200m100m50m頻率范圍2400-2483.5MHz470-510MHz，2400-2483.5MHz2400-2483.5MHz2400-2483.5MHz2.4GHz、5GHz峰值速率1M50kbps250kbps1/2M9.6Gbps實時性毫秒級秒級秒級毫秒級毫秒級可靠性強強較弱較強強安全性強較弱較弱較弱較弱抗干擾能力強較弱，干擾嚴重較弱，干擾嚴重較弱，干擾嚴重較弱，干擾較強適用業務大范圍內大量、緊急事件等實時業務大

10、范圍內大量、低速業務補充覆蓋小范圍少量、高速業務少量寬帶業務存在的問題無知識產權、發送功耗大通信距離短多節點接入開銷大功耗高，通信距離短現有技術中，LoRa在知識產權和功耗上存在問題，ZigBee通信距離短，BLE多節點接入開銷大，WiFi功耗高、通信距離短，憑借單一技術均不能完全滿足輸變電設備物聯網的應用需求。智芯公司根據應用場景特點和業務需求“量身定制”的提出的DetMesh平臺解決超低功耗無線傳感網物理層與通信協議技術自主化問題。應用案例免維護智能藍牙煙霧傳感器光能轉換模組低功耗，成倍延長電池使用壽命 輸出持續電流，實時信息上報及緊急報警上報免維護自發電智能鎖定制光能薄膜尺寸和形狀，室內

11、光發電，配合內置電池，成倍延長電池壽命無電池免維護溫濕度藍牙傳感器延長工業產品壽命至10年以上 低功耗藍牙BLE模組采集室內光能量 滿足溫濕度傳感器數據采集及藍牙廣播發射免維護自發電智能價簽室內光發電直接滿足待機狀態供電需求 可選低功耗藍牙BLE集成方案 成倍延長電池使用壽命無電池免維護人員管理系統光能發電薄膜與主機分開設計 模組采集室內光能滿足無線數據傳輸智能家居自發電藍牙開關光能轉換模組高效收集室內光能量，配合超級電容，實現無電池工作產品光譜覆蓋特性燈具光譜范圍門窗電磁開關溫濕度傳感器智能煙霧傳感器通行卡智能開關 智能門鎖遙控器公司簡介 北京智芯微電子科技有限公司成立于 2010年，注冊資本 64.1億元，總部位于北京，設有工業芯片研發基地、芯片研發實驗基地、芯片生產實驗基地，辦公、實驗、生產場地面積約 10萬平米，員工規模 3000余人，設有3個科研機構、5個事業部、9家分子公司。國家高新技術企業，國家規劃布局內重點集成電路設計企業，國家技術創新示范企業，國家企業技術中心、國家地方聯合工程研究中心、連續九年被評為“中國十大集成電路設計企業”，國家電網公司“國網芯”產業發展的使命擔當者。芯片研發實驗基地芯片研發實驗基地芯片生產實驗基地芯片生產實驗基地工業芯片研發基地工業芯片研發基地微源取能生態群