數據顯示，2019年全球物聯網設備數量已達到107億臺，到2025年物聯網連接數將達到251億臺。隨著全球物聯網呈現快速增長態勢，傳感器也迎來巨大發展空間。作為物聯網最底層的組成部分，傳感器是數據采集的入口，被譽為物聯網的“心臟”。然而，在物聯網爆發與不斷推進下傳統傳感器的諸多制約因素也愈發凸顯，尤其是供電方式的問題。

目前，全球約有1-2億個傳感器節點，主要用電池實現供電，而人工換電池的維護費用巨大。當設備安裝在偏遠位置時，更加大了維護電源的難度。因此，如何給龐大數量的傳感器供電是一個巨大的挑戰。相反，如果傳感器利用光、振動或溫度等環境能源通過能量收集技術獲取能量，供電問題則能夠得到有效的解決。本文以ADI電源管理IC為例，圍繞幾種常見的環境能量收集類型，探討適合物聯網傳感器幾種供電模式。

捕獲高能量太陽光，追蹤不同照度最大功率是關鍵

使用光伏技術作為使用室能量產生的手段是常見的，因為在太陽光具有高能量含量。ADI公司推出的ADP5091/92是一款面向光伏(PV)電池能量采集應用的管理解決方案，可轉換來自光伏電池或熱電發生器(TEG)的直流電源。該器件可對儲能元件進行充電，并對小型電子設備和無電池系統上電。

ADP5091主要用于直流輸入從80mV到3.3V。直流輸入可重復充電的電池種類可以是鋰電池/磷酸鋰鐵電池/超級電容等，這些電池電壓從3.2V到5V都有，ADP5091的充電截止電壓為2.2V到5.2V，完全可以滿足目前市場上常用的電池種類及應用。其額定結溫范圍為?40°C至+125°C，能夠很好地適應各種惡劣的戶外天氣環境。

以太陽能板為能源輸入的ADP5091系統架構

上圖為以太陽能板或者風力機為能源輸入到ADP5091系統架構，因為太陽能在不同照度下會有各自的最大功率點，因此ADP5091內部將最大功率點追蹤，也就是把MPPT視為一個重要的特性，并且通過ADP5091將能源儲存至磷酸鋰鐵電池。此方案使用的磷酸鋰鐵電池電壓為3.2伏，容量為2400mAh。同時，ADP5091有監控電池電壓的功能，以及對電池充電至飽合時截止電壓的可設定功能。設定電池放電到最低電壓時將ADP5091輸出關閉，這樣的功能主要是避免電池不必要的損壞，并且可以延長電池的使用壽命。

與低輸入電壓源不期而遇，熱電能量需要這種收集器

溫度是到目前為止被檢測最多的物理變量，同樣可進行熱能轉化。基于熱電材料的賽貝克效應，利用器件內部載流子運動實現熱能和電能直接相互轉換。當器件兩端存在溫差時，熱場驅動器件內的載流子定向運動，從而產生溫差電流。在實際的應用場景中，可能會遇到如熱電堆甚至小型太陽能電池板等極低的輸入電壓源，ADI LTC3109就很好的解決了超低輸入電壓應用的能量收集問題。

LTC3109提供了一款緊湊、簡單和高度集成的單片式電源管理解決方案，能在輸入電壓低至20mV的情況下正常運作。憑借這種獨特的能力，LTC3109可利用一個熱電發生器(TEG)來為無線傳感器供電，并從小至1°C的溫度差(ΔT)收集能量。采用一個現成有售的小型(6mmx6mm)升壓變壓器和少量的低成本電容器，該器件即可提供用于給當今的無線傳感器電子線路供電所需的穩定輸出電壓。

由一個TEG來供電的無線傳感器應用

以一個TEG來供電的無線傳感器應用為例（如上圖），2.2V LDO輸出負責給微處理器供電，而VOUT利用VS1和VS2引腳設置為3.3V，以給RF發送器供電。開關VOUT(VOUT2)由微處理器控制，以僅在需要時給3.3V傳感器供電。當VOUT達到其穩定值的93%時，PGOOD輸出將向微處理器發出指示信號。為了在輸入電壓不存在時保持運作，在后臺從VSTORE引腳給0.1F存儲電容器充電。這個電容器可以一路充電至高達VAUX并聯穩壓器的5.25V箝位電壓。如果失去了輸入電壓電源，那么就自動地由存儲電容器提供能量，以給該IC供電，并保持VLDO和VOUT的穩定。

簡化振動能量收集，你需要新型壓電式器件

振動機械也普遍存在能自然環境中，受外界條件限制較少且能量密度大，因此在微能量采集技術中是一種比較好的選擇，也是無線傳感器替代能源的理想之選。在實現原理方面，振動能量收集器通常采用壓電材料實現振動能到電能的轉換，將振動能量收集器以懸梁臂的結構固定在振動源上，當產生機械振動時壓電晶體發生形變，在回路中產生電流，隨著振動方向的變化，電流的方向也跟著改變。