探究電子產(chǎn)品無(wú)電池化方案

微型電子產(chǎn)品

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各種智能小終端的數(shù)量以幾何級(jí)遞增，配合手機(jī)、平板等智能產(chǎn)品，以及路由網(wǎng)關(guān)、智能音箱、家電控制中心等接入產(chǎn)品，聯(lián)合云端算法，形成各種智能應(yīng)用提升我們的生活質(zhì)量，包括穿戴、家電控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生活安全、新零售管理、工農(nóng)業(yè)應(yīng)用和畜牧業(yè)智能管理等，而所有的這些小終端都有一個(gè)特點(diǎn)，就是體積小、重量輕，只能采用紐扣電池進(jìn)行供電。

而電池供電除了定期更換所帶來(lái)的人工成本之外，形成的環(huán)境污染更是一個(gè)不容忽視的存在?，F(xiàn)在，每年消耗的電池?cái)?shù)量高達(dá)數(shù)十億顆，并且還在以一個(gè)30%以上的增長(zhǎng)比每年遞增，所以如何延長(zhǎng)電池在產(chǎn)品生命周期中的使用時(shí)間，甚至如何實(shí)現(xiàn)無(wú)電池化電子產(chǎn)品生產(chǎn)是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，特別是終端小設(shè)備廠商所迫切需要的技術(shù)方案。

本文將從Fortune-Switch、Fortune-Tag、Fortune-Home三個(gè)研發(fā)組的產(chǎn)品中，分別從機(jī)械能、電磁能和光能三種微能量應(yīng)用方案為大家?guī)?lái)潤(rùn)欣科技的無(wú)電池方案設(shè)計(jì)。

微能量應(yīng)用實(shí)現(xiàn)無(wú)電池方案

微能量也稱為環(huán)境能量，而微能量的應(yīng)用主要依賴于四種，包括機(jī)械能、電磁能、光能和溫差能。機(jī)械能就是利用電磁感應(yīng)原理把機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能，電磁能跟無(wú)線充電技術(shù)相同就是從電磁波中獲取能量，光能不僅僅包括太陽(yáng)能也包括了微弱的光線和室內(nèi)光，而溫差能就是通過(guò)冷熱兩面溫差產(chǎn)生電流形成微弱能量。

Fortune-Swtich

Fortune-Switch是潤(rùn)欣科技智能開關(guān)研發(fā)組，設(shè)計(jì)產(chǎn)品包括無(wú)線單火開關(guān)、藍(lán)牙無(wú)電池開關(guān)、智能家電無(wú)線中控開關(guān)、無(wú)線門鈴等，本小節(jié)將重點(diǎn)講述通過(guò)機(jī)械能進(jìn)行供電的無(wú)電池設(shè)計(jì)方案，主要應(yīng)用在藍(lán)牙無(wú)電池開關(guān)和無(wú)線門鈴產(chǎn)品中。

本方案采用PM5600和PM4250作為機(jī)械能采集裝置，每次機(jī)械按鍵動(dòng)作分別可以輸出600uJ和250uJ的能量，采用ATM3作為藍(lán)牙SOC通信平臺(tái)，ATM3擁有超低電能啟動(dòng)需求和超低功耗工作損耗的特點(diǎn)，藍(lán)牙發(fā)射只需要2.5mA的電流，藍(lán)牙接收只需要0.9mA的電流，而在收發(fā)間隔之間平均只需要2uA的電流，同時(shí)無(wú)電池情況下最低啟動(dòng)能量需求只需要30uW，而工作電壓最低1.65V。

本方案非常適合于非握手類單向通信無(wú)線控制開關(guān)，包括LED燈控、門禁、門鈴、公交車呼叫器、餐廳點(diǎn)餐器等等。

Fortune-Tag

Fortune-Tag是潤(rùn)欣科技智能標(biāo)簽研發(fā)組，設(shè)計(jì)產(chǎn)品包括巡更信標(biāo)、電子圍墻、無(wú)感工牌、智能校徽、物流標(biāo)簽、智能掛件等，本小節(jié)將重點(diǎn)講述通過(guò)電磁能進(jìn)行供電的無(wú)電池設(shè)計(jì)方案，可應(yīng)用在無(wú)感工牌、物流標(biāo)簽、智能掛件等產(chǎn)品中。

ATM3可以收集800MHz～2.4GHz的射頻能量，建議優(yōu)選915MHz或者2.4GHz，低頻率的射頻能量在相同距離上的衰減會(huì)低于高頻率的方案，詳見下圖。在無(wú)電池應(yīng)用中，ATM3冷啟動(dòng)所需要的最低輸入為-10dBm。

本方案適合于只在特點(diǎn)場(chǎng)合下有通信需求的無(wú)電池藍(lán)牙設(shè)備的方案設(shè)計(jì)，通過(guò)射頻發(fā)射器提供能量讓設(shè)備進(jìn)入工作狀態(tài)，而設(shè)備遠(yuǎn)離或者關(guān)閉射頻發(fā)射器后設(shè)備為非工作狀態(tài)。

Fortune-Home

Fortune-Home是潤(rùn)欣科技智能家庭研發(fā)組，設(shè)計(jì)產(chǎn)品包括遙控器、無(wú)線燈、傳感檢測(cè)設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)、無(wú)線音箱等，本小節(jié)將重點(diǎn)講述通過(guò)光能對(duì)藍(lán)牙智能小終端產(chǎn)品進(jìn)行供電的無(wú)電池設(shè)計(jì)方案，主要應(yīng)用在遙控器、傳感檢測(cè)、藍(lán)牙信標(biāo)等產(chǎn)品中。

室外太陽(yáng)能的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)非常成熟，然而，室內(nèi)光能限于其能量有限，一直很難在電子產(chǎn)品中作為一個(gè)電力供應(yīng)來(lái)使用。而ATM3的特性不僅僅適用于機(jī)械能和射頻能的微能量應(yīng)用，同樣也適用在室內(nèi)光的微能量采集引用上。

能量收集，跟采集面以及光照強(qiáng)度有關(guān)，以10.9平方厘米的采集面積來(lái)計(jì)算，在較暗的燈光下180Lux的光照強(qiáng)度可形成48 uW的能量，辦公室500Lux的光照強(qiáng)度下可形成145 uW的能量，在980Lux光照強(qiáng)度的商場(chǎng)可形成245 uW的能量，而在室外，陰天為5000Lux～20000Lux，晴天為50000 Lux～100000 Lux的光照強(qiáng)度，可提供足夠的能量供應(yīng)。

同時(shí)，如果希望采集到的能量能夠讓設(shè)備在沒有光的環(huán)境下能夠持續(xù)工作一定的時(shí)間，則可以在方案里面增加一個(gè)較大的電容或超級(jí)電容。10.9平方厘米的光能采集方案中，440uF的電容，在辦公室環(huán)境下13秒后可以開始工作，并且充滿電后可以持續(xù)40秒鐘的無(wú)光環(huán)境；

而220mF的超級(jí)電容，在辦公室環(huán)境下63分鐘后可以開始工作，并且充滿電后可以持續(xù)6小時(shí)的無(wú)光環(huán)境。

本方案適合于有太陽(yáng)能或日光燈照射的室外或室內(nèi)，包括如辦公室、超市、家庭等環(huán)境下的無(wú)電池藍(lán)牙設(shè)備方案設(shè)計(jì)，通過(guò)采集光能讓設(shè)備可以正常工作。

全球正快速實(shí)現(xiàn)智慧城市、智慧社區(qū)、智慧交通的建設(shè)，而由電池驅(qū)動(dòng)的智能終端也越來(lái)越受到電池本身限制，潤(rùn)欣科技推出的無(wú)電池電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案將會(huì)為很多的藍(lán)牙終端產(chǎn)品帶來(lái)福音。

編輯：jq