不靠電池供電的超低功耗MCU將會(huì)如何？答案令人吃驚

可穿戴設(shè)備和無(wú)線傳感器等較小尺寸的技術(shù)產(chǎn)品可以收集動(dòng)能、熱能或環(huán)境電磁輻射能。這些能量形式的每一種都使用不同的機(jī)制將源功率轉(zhuǎn)換為可用能量。每種能源的效用和實(shí)用性都是重要的考慮因素，因?yàn)榫唧w應(yīng)用可能會(huì)限制能量轉(zhuǎn)換所需設(shè)備的尺寸和質(zhì)量。

熱輻射對(duì)無(wú)線傳感器很有用，因?yàn)閭鞲衅鞯脑O(shè)計(jì)和放置可同時(shí)利用兩種形式的能源。在車(chē)上，靠近道路的傳感器可以接受來(lái)自柏油路的輻射熱。而其他傳感器則可以利用來(lái)自高振動(dòng)位置（例如靠近車(chē)輪或發(fā)動(dòng)機(jī)部件）的動(dòng)能。對(duì)于超低功耗MCU，從人類(lèi)用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)中回收的動(dòng)能是目前非常實(shí)用的可轉(zhuǎn)換能量形式。

02

超低功耗MCU的機(jī)遇

壓電

“壓電”一詞源自希臘語(yǔ)，意為擠壓或按壓。動(dòng)能壓縮壓電材料，產(chǎn)生電場(chǎng)。工程師根據(jù)預(yù)期的機(jī)械負(fù)載和電場(chǎng)密度選擇材料，并平衡其功率貢獻(xiàn)潛力與材料特性，這些特性會(huì)在電場(chǎng)存在時(shí)使材料變形。這些相互競(jìng)爭(zhēng)的因素使設(shè)計(jì)人員能夠優(yōu)化能量收集器對(duì)反復(fù)增加主電池功率所做的貢獻(xiàn)。一些估計(jì)表明，動(dòng)力運(yùn)動(dòng)平均可為ULP MCU的主電源增加10mW。

電磁輻射

另一種用于小型MCU的能量收集技術(shù)是電磁輻射。無(wú)線電、紅外線、紫外線和微波通過(guò)空氣攜帶輻射能。環(huán)境電磁波使磁場(chǎng)中的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，通過(guò)特定尺寸的磁鐵和氣隙設(shè)計(jì)將機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。這種方法能為系統(tǒng)貢獻(xiàn)大約0.3mW的收集功率。

摩擦電納米發(fā)電機(jī)

ULP MCU的最終轉(zhuǎn)換介質(zhì)是摩擦電納米發(fā)電機(jī) (TENG)。該技術(shù)將[不同]材料應(yīng)用于承受機(jī)械運(yùn)動(dòng)（如旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)、擺動(dòng)和膨脹/收縮）摩擦的表面。電極支撐這些材料，回收由材料摩擦產(chǎn)生的電荷不平衡（靜電）所產(chǎn)生的能量。這種方法提供的補(bǔ)充功率是壓電的十分之一，大約為1-1.5mW。

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結(jié)語(yǔ)

隨著電阻和電流負(fù)載技術(shù)的不斷優(yōu)化，這些技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)最終可能會(huì)讓ULP MCU器件中不再需要電池。這是一場(chǎng)微型電池開(kāi)發(fā)與增強(qiáng)動(dòng)力之間的競(jìng)賽，無(wú)論哪種方式，消費(fèi)者都是最后的贏家。

Adam Kimmel擁有近20年執(zhí)業(yè)工程師、研發(fā)經(jīng)理和工程內(nèi)容撰稿人經(jīng)驗(yàn)。

他編寫(xiě)過(guò)白皮書(shū)、網(wǎng)站副本、案例研究以及博客文章，內(nèi)容涉及汽車(chē)、工業(yè)/制造業(yè)、科技和電子等垂直市場(chǎng)。Adam擁有化學(xué)和機(jī)械工程學(xué)位，并且是工程和技術(shù)內(nèi)容寫(xiě)作公司ASK Consulting Solutions, LLC的創(chuàng)始人兼總負(fù)責(zé)人。

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