作者@@：Adam Kimmel，来源@@： 贸泽电子@@微信公众号@@@@
效率的重要性与生俱来@@。通过利用效率优势让额外资源的支出发挥出更大价值@@，可以提高@@性能@@@@，尽量降低成本并减少浪费@@。能@@量收集提供了一种利用环境能@@量为电气设备@@供电的方法@@。对于使用电池@@的设备@@@@，能@@量收集可以延长电池@@的使用寿命或@@完全替代电池@@的能@@量贡献@@。
超低功耗@@ (ULP) MCU是能@@量收集的合理选择@@。这些器件常用于可穿戴技术@@@@、无线传感器和其他需要延长电池@@使用寿命的边缘应用中@@。接下来我们将介绍下能@@量收集在实践中的工作原理@@，这有助于理解能@@量收集对@@ULP MCU的价值@@。
1. 能@@量收集的工作原理@@
原则上来说@@，能@@量收集是一个简单的概念@@。它要解决的问题是主要能@@源@@（电池@@、燃料@@、电网@@@@）数量有限@@。而且@@，尽管有取之不竭的环境能@@量可供捕获@@，但这些能@@量无法@@100%转换为可用能@@量@@。这也是风力涡轮机成为大型可再生能@@源的原因@@。涡轮机从风中接收势能@@@@，使叶片围绕转子旋转@@，而转子与发电机相连产生电能@@@@。其他大规模环境能@@源包括太阳能@@@@、海浪和地热等@@。
可穿戴设备@@和无线传感器等较小尺寸的技术@@产品可以收集动能@@@@、热能@@或@@环境电磁辐射@@能@@@@。这些能@@量形式的每一种都使用不同@@的机制将源功率转换为可用能@@量@@@@。每种能@@源的效用和实用性都是重要的考虑因素@@，因为具体应用可能@@会限制能@@量转换所需设备@@的尺寸和质量@@。
热辐射对无线传感器很有用@@，因为传感器的设计和放置可同时利用两种形式的能@@源@@。在车上@@，靠近道路的传感器可以接受来自柏油路的辐射热@@。而其他传感器则可以利用来自高振动@@位置@@（例如靠近车轮或@@发动机部件@@）的动能@@@@。对于超低功耗@@@@MCU，从人类用户的运动中回收的动能@@@@是目前非常实用的可转换能@@量形式@@。
2. 超低功耗@@MCU的机遇@@
由于@@ULP MCU的主要应用是可穿戴技术@@@@，因此以极低的系统功耗处理边缘数据至关重要@@。能@@量收集减少了对可穿戴技术@@电池@@的能@@量需求@@，电池@@的能@@量有限@@，需要在电量耗尽后定期充电或@@更换@@。电池@@的废弃处理也存在挑战@@，因为电池@@所用的材料不易回收@@。ULP MCU能@@量收集器通过压电@@@@@@、电磁或@@摩擦电发电机捕获动@@（机械@@）能@@。
压电@@
“压电@@”一词源自希腊语@@，意为挤压或@@按压@@。动能@@压缩压电@@材料@@，产生电场@@。工程师根据预期的机械@@负载和电场密度选择材料@@，并平衡其功率贡献潜力与材料特性@@，这些特性会在电场存在时使材料变形@@。这些相互竞争的因素使设计人员能@@够优化能@@量收集器对反复增加主电池@@功率所做的贡献@@。一些估计表明@@，动力运动平均可为@@ULP MCU的主电源增加@@10mW。
电磁辐射@@
另一种用于小型@@MCU的能@@量收集技术@@是电磁辐射@@@@。无线电@@、红外线@@、紫外线和微波通过空气携带辐射能@@@@。环境电磁波使磁场中的结构振动@@@@，通过特定尺寸的磁铁和气隙设计将机械@@振动@@能@@转换为电能@@@@。这种方法能@@为系统贡献大约@@0.3mW的收集功率@@。
摩擦电纳米发电机@@
ULP MCU的最终转换介质是摩擦电纳米发电机@@@@ (TENG)。该技术@@将@@[不同@@]材料应用于承受机械@@运动@@（如旋转@@、振动@@、摆动和膨胀@@/收缩@@）摩擦的表面@@。电极支撑这些材料@@，回收由材料摩擦产生的电荷不平衡@@（静电@@）所产生的能@@量@@。这种方法提供的补充功率是压电@@的十分之一@@，大约为@@1-1.5mW。
结语@@
对于可穿戴技术@@和无线传感器网@@络@@，超低功耗@@MCU的日常应用大概消耗数十毫瓦的功率@@。锂离子电池@@是以合适的时长提供电力的绝佳选择@@。但电池@@在寒冷天气的敏感性和用户对延长电池@@寿命的需求推动着当前技术@@不断突破极限@@。通过压电@@@@、电磁辐射@@和摩擦电源收集机械@@能@@@@，可为电池@@提供高达@@10%的辅助寿命@@。
随着电阻和电流负载技术@@的不断优化@@，这些技术@@的持续改进最终可能@@会让@@ULP MCU器件中不再需要电池@@@@。这是一场微型电池@@开发与增强动力之间的竞赛@@，无论哪种方式@@，消费者都是最后的赢家@@。
作者@@介绍@@：
Adam Kimmel拥有近@@20年执业工程师@@、研发经理和工程内容撰稿人经验@@。
他编写过白皮书@@、网@@站副本@@、案例研究以及@@188金宝搏@@ 文章@@，内容涉及汽车@@、工业@@/制造业@@、科技和电子@@等垂直市场@@。Adam拥有化学和机械@@工程学位@@，并且是工程和技术@@内容写作公司@@ASK Consulting Solutions, LLC的创始人兼总负责人@@。