预计到2020年，全球将拥有500亿到3000亿台物联网设备，它们中的大部分属于由新型微控制器、无线和传感器技术支撑的小型物联网设备。由于没有用于数据和电源的线缆，这些物联网和可穿戴设备必需能自我供电。但如果每隔六个月或一年，你就得帮这些设备更换电池，那就有点悲催了。

能量其实无处不在，能量收集和储存技术其实也并不是很新。但随着物联网的飞速发展，越来越多的公司有兴趣和动力去开发更有效的能量收集芯片、系统和可充电电池，以便能够在整个产品生命周期中持续使用。但对这些公司来说，最大的挑战就是找到如何自行收集/储存能量的方法以便持续使用，以及如何将这样的超低功耗芯片安装在小型物联网设备中。

TI微能量采集开启无电池工作时代

德州仪器(TI)电池管理市场及应用经理文司华认为，从光、热量、振动、射频RF上获取能量面临的一个重大挑战在于，一般的DC/DC转换器，如用在手持设备上的单节锂电池，输入电流基本在1A左右，很少做到50mA以下；输入电压在1.8 V以下也比较少，一般都是3 V或2.5 V以上。而太阳能(10-10000μW/cm2)、热量(25-1000μW/cm2)、振动(50-250μW/cm2)、RF(0.01-0.1μW/cm2)的能量采集，它们所提供的电压非常少，可能少于1 V，电流也是毫安级或微安级。因此，能量采集技术的核心是能够通过更先进的拓扑结构和芯片设计，把这些输入微电源收集起来。

其次，从芯片自身来看，如何获得更小的静态电流也非常关键。目前，DC/DC转换时1-10mA，待机时几十个μA到100μA，关机时1-2个μA的自功耗都属于相当不错的指标。但对能量采集来说这是远远不够的：因为采集到的电流一共才2μA，自身就消耗1μA，相当于只有50%的能效。即便解决了这个难题，实际上还不能直接给终端产品，例如无线电广播、ZigBee、蓝牙、MCU供电，因为至少需要几十或上百微安级的功耗才能实现驱动，所以还需要存储元件(锂离子电池、薄膜电池或超级电容)的配合，以实现更低的占空比。

TI此次推出的五款最新一代电源管理集成电路(bq25570、bq25505、TPS62740、TPS62737和 TPS62736)产品，主要针对低数据速率、低占空比的超低功耗设计(微瓦至毫瓦级电源)，包括智能家居、可穿戴设备、摇控器、植入式医疗设备、石油钻井平台和管道等难以触及的设备、以及需要大量无线传感器供电的环境感知应用。

以TI集成降压转换器的最新bq25570升压充电器为例，其静态功耗仅为488毫微安(nA)，而且可在输出电流低于10微安(μA)的情况下实现超过90%的效率。bq25570不仅支持最大功率点跟踪(MPPT)，可从光伏电池和热电发生器提取和管理电源，还支持任何能源存储元件，例如可充电式锂离子电池、薄膜电池、超级电容器或常规电容器等。在长期存储期间，bq25570 供电可通过“运送模式(ship mode)”特性禁用，使其流耗不足5nA。

bq25505 升压充电器与 bq25570 类似，但可实现低至325nA的工作静态电流。bq25505采用自动功率多路复用器栅极驱动器，可通过能量采集电源与原电池实现无缝系统工作，在能量采集器不提供电能时，也能提供恒定电源，从而满足系统工作需要。

除了电池管理电路外，TI还针对300mA输出电流设计方案推出了降压转换器TPS62740，其可在主动工作状态下支持360nA的静态电流，而待机状态下静态电流则为70nA。这款转换器可在低至10uA的电流下实现超过90%的效率，以及31mm2的总体解决方案尺寸，支持可编程输出电压特性与DCS-Control功能。对于更低电流设计而言，TI针对200mA设计方案的最新TPS62737转换器以及针对50mA设计方案的 TPS62736 可在主动工作期间实现 370nA的超低静态电流，在睡眠模式下实现15nA的静态电流，而在输出电流不足15μA的情况下也可实现90%的效率。

可充电固态电池实现超过5000次的充放电性能

在打造高效物联网设备方面，除了开发能量收集芯片之外，改善电池寿命也同样重要。一般而言，传感器都需要有后备或是可更换的电池，以防能量收集系统突然失灵。而来自美国明尼苏达州的Cymbet公司用事实告诉我们，其实，这些电池的性能还可以更好。

Cymbet公司日前高调宣布，其为物联网、可穿戴式技术研发的“世界首批可充电固态电池”EnerChip已在中国全面上市，光电企业有限责任公司(Opto-Sensor，Fuchance Enterprises LTD)将作为代表和分销商，协助Cymbet在中国销售全系列EnerChip智能固态电池和电源管理解决方案。

Cymbet EnerChip电池基本颠覆了我们对电池外观的传统印象，它使用标准半导体IC工艺和专利构造技术制成，可以以裸片或塑料封装等形式提供，并可与电子设备中的其它IC一样，使用相同的表面贴装技术(SMT)和回流焊接安装，从而能够在非常小的外形中(150微米或是目前电池1/20的厚度)提供能量存储。

Cymbet的固态电池技术始于2000年美国政府的一项授权。此后，Cymbet开发了新的工艺、设计和技术来高效率地大量生产Enerchip产品。目前，Cymbet拥有91项美国和海外专利/申请，覆盖了材料、设计、制造和应用等可实施的各个方面。

与当前作为后备电源或者能量捕获存储的传统纽扣电池和超级电容相比，EnerChip电池可实现超过5000次的充放电性能，并完全符合REACH、RoHS环保法规要求。覆盖系统产品的整个生命周期、超薄性、生态友好、无细胞毒性、优异的电学性能、与IC兼容以及高性价比等特点，将是其最大的卖点。

“它是纽扣电池和超级电容器的理想替代品，可直接集成在电路板和芯片级上。”Cymbet公司市场营销副总裁Steven Grady说，通过在同一个封装内将电池和所需的PMIC、RTC、MCU功能结合在一起，Enerchip CC系列提供了一种简单的“即刻可用供电解决方案”，可为微控制器、实时时钟和SRAM芯片提供多达8周的电量。

Steven Grady称，为了证明EnerChip是100%无细胞毒性且在人体内具备生物相容性，EnerChip裸片电池压碎之后被混合到一种生理盐溶液中，然后植入到一个人体体内测试装置。在测试中，既没有记录到不良的病理作用，也没有观察到任何与测试物品相关的病变。在随后的体外测试中，EnerChip裸片电池样品进行了伽马射线消毒，并利用两种体外测试方法进行了评估，证明其100%无细胞毒性。

除固态电池外，Cymbet还推出了通用能量捕获设备——EnerChip能量处理器(EP) CBC915。它采用了“最大峰值功耗追踪(Maximum Peak Power Tracking)”算法，用以高效管理从太阳、运动、热源或者射频等来源收集和储存来的能量，以驱动为“零供电”无线传感网(WSN)解决方案。