根據預測, 全球物聯網市場規(guī)模將從 2015 年的 7000 億美元增長至 2020 年的 1.7 萬億美元, 復合增長率高到達 20%。從基站、網關、設備到云端基礎搭建,物聯網的崛起伴隨著龐大數量的設備需求。相關調研數據顯示,2015 年物聯網設備接入量為 134 億 部,到 2019 年將達到 385 億部。數以百億計的設備無一不需要用電,不管是交流電網、直流總線、以太網供電還是采用能量收集等方式,物聯網設備在設計的過程中有一個重要參考項是它如何獲得和使用電源,這將會對系統的功能和用戶體驗產生根本性的影響??偨Y來說,電源管理技術在物聯網應用中有著至關重要的作用。
物聯網是一個寬泛的命題,打造的不僅僅是一個單一的產業(yè)鏈,從M2M到智能家居、可穿戴設備、智慧農業(yè)和智慧醫(yī)療等,每一個全新的產業(yè)鏈誕生都伴隨著全新的設備需求,小型化、集成化、智能化和低功耗等成為物聯網設備設計常用理念,電源管理技術又該如何隨機應變呢?我們結合以下幾個具體應用來看一下。
可穿戴設備需要電源系統更小、更高效
可穿戴設備是物聯網應用場景發(fā)展較早,也較為成熟的一個領域。從定義上看,可穿戴設備即直接穿在身上,或是整合到用戶的衣服或配件的一種便攜式設備。但隨著物聯網的快速發(fā)展以及AIIoT概念的出現,可穿戴設備開始從單一功能走向多功能進而達到智能化。眾多物聯網廠商選擇在這個領域發(fā)力,誕生了諸如智能手表、智能眼鏡、智能頭盔、智能書包等一系列產品。從產品設計的角度來看,可穿戴設備發(fā)展方向包含以下三點——更高集成度、更復雜的設計以及更強大的安全性。
產品的發(fā)展趨勢決定了其內部元件的發(fā)展方向,為了增強“可穿戴”的概念以及提高用戶的體驗感,電源系統需要采用小型電池,并且需要增強電源管理技術,提高效率且穩(wěn)定輸出,延長產品的使用和待機時間。
以羅姆半導體升壓型DC/DC轉化器BU33UV7NUX為例,其利用ROHM的模擬設計技術和電源系統工藝致力于降低消耗電流,在同等功能產品中消耗電流僅為業(yè)界最小級別的7μA,使電源系統的工作時間更長。另外,電源IC由0.9V的低輸入電壓即可驅動,不僅支持紐扣型鋰電池,還可支持使用1枚干電池的應用。
車聯網需要電源系統一對多
車聯網被認為是物聯網產業(yè)潛力最大、需求最明確的一個領域,對促進汽車和信息通信產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展,構建汽車和交通服務新模式新業(yè)態(tài),推動自動駕駛技術創(chuàng)新和應用,提高交通效率和安全水平具有重要意義。研究數據表明,預計到2020年車聯網市場規(guī)模將達到338.2億美元(約2200億元人民幣),到2023年市場滲透率將達到67%。
隨著智能網聯概念在汽車設計中成為常規(guī)項,導航、緊急救援、車輛追蹤、駕駛輔助等服務在汽車中開始高頻率出現,電子元器件的數量在單一汽車中與日俱增,這樣的趨勢給汽車供電造成了一定壓力。
汽車的電源系統主要由蓄電池、發(fā)電機、調節(jié)器、指示燈和開關導線等連接而成,為滿足車用電子設備的正常用電,電源系統的輸出電壓需要穩(wěn)定在一定的范圍內,防止因電壓起伏過大而造成元器件損壞。因此,在車用48V電源系統逐漸普及的情況下,高壓轉低壓并且穩(wěn)定輸出成為關鍵。
另外,車載電子元器件的增多需要電源系統減少數量、縮小體積,在更小的硅芯片上集成更多功能特性,同時以更高的設計靈活性實現更強的系統用電性能。在這樣的需求大背景下,多個單一功能的電源管理器件一一組合的方法顯然已經捉襟見肘,一對多形勢的集成電源管理解決方案開始流行。此外,對于汽車而言,汽車電子產品尤其是電源管理部分實現集成化,也成功的降低了整車廠的成本。
羅姆的電源技術一直追求小型化和節(jié)能化,其Nano系列是采用了模擬技術的一種新型電源技術。以Nano Pulse Control技術來說,通過穩(wěn)定控制脈沖寬度實現了2個效果:在高降壓比的情況下實現了"電源系統的單芯片化"、包括線圈在內"安裝面積小型化"。