物聯(lián)網(wǎng)（IoT）正在迅速改變我們的生活和工作方式；數(shù)十億臺互聯(lián)設(shè)備實現(xiàn)了更智能的家居、自動化建筑以及更高工業(yè)效率。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，如何為這些設(shè)備提供可持續(xù)的電力供應(yīng)也成為挑戰(zhàn)。根據(jù)IoT Analytics的數(shù)據(jù)，到2030年，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量預(yù)計將達(dá)到400億臺，較現(xiàn)在增長140%。對無線且始終在線的連接需求不斷增長，意味著更多設(shè)備依賴電池——這導(dǎo)致需要頻繁更換電池、成本上升以及電子垃圾激增。歐洲委員會估計，每天將有7,800萬塊物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備電池被丟棄，考慮到妥善處理電池的選擇十分有限，這無疑是一個令人震驚的環(huán)境問題。

為克服這些挑戰(zhàn)，行業(yè)正轉(zhuǎn)向能量收集技術(shù)——這是一種從環(huán)境中捕獲能量來為設(shè)備供電而無需電池的技術(shù)。為了展示智能家居設(shè)備如何在不需要更換電池的情況下可靠運行，比利時創(chuàng)新企業(yè) e-peas 半導(dǎo)體公司正在開創(chuàng)新的能量收集解決方案。

向自供電物聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)變

能量收集技術(shù)能夠捕獲環(huán)境中的能源，如環(huán)境光、熱或運動，并將其轉(zhuǎn)化為可用的電能（見表1）。采用能量收集技術(shù)的設(shè)備無需更換或丟棄電池，可在沒有人工干預(yù)的情況下運行數(shù)年，為智能家居、工業(yè)自動化等領(lǐng)域提供了變革性的替代方案。

得益于對低維護、環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)解決方案的需求，能量收集市場正在崛起，預(yù)計到2030年將達(dá)到10億美元的規(guī)模。然而，實現(xiàn)能量收集不僅要有能量源，還需要智能電源管理來確保高效的能源捕獲與分配。

克服能量收集應(yīng)用中的常見挑戰(zhàn)

盡管能量收集潛力巨大，但在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計中采用該技術(shù)仍面對一些技術(shù)層面的誤解，尤其是在儲能管理和系統(tǒng)可靠性方面。然而，這些擔(dān)憂往往源于過時的假設(shè)。每個能量收集系統(tǒng)的核心都包含三個基本要素：能量源、儲能元件以及應(yīng)用本身。

人們通常對環(huán)境能量源的可靠性和集成儲能元件的復(fù)雜性存在疑慮。然而，當(dāng)與現(xiàn)代電源管理集成電路（PMIC）及緊湊、可充電的儲能元件搭配使用時，能量收集不僅可行，而且效率極高，設(shè)置和集成的復(fù)雜性也顯著降低。與大型一次性電池不同，專為能量收集設(shè)計的儲能元件更小、更輕、壽命更長，在外形尺寸、碳足跡和總擁有成本方面具有明顯優(yōu)勢。

另一個常見的誤解圍繞能量收集效率展開。當(dāng)系統(tǒng)性能未達(dá)預(yù)期時，人們很容易將其歸咎于較低的能量轉(zhuǎn)換率。然而，系統(tǒng)能否成功，在很大程度上不僅取決于能量收集芯片本身，還取決于PMIC管理和調(diào)節(jié)功率流的能力——即優(yōu)化能量的捕獲、存儲以及向應(yīng)用的輸送方式。因此，選擇一款能與高性能連接片上系統(tǒng)（SoC）無縫集成的高質(zhì)量PMIC至關(guān)重要。

e-peas與Qorvo在Matter協(xié)議照明開關(guān)上的合作便是一個極具說服力的例子。盡管光伏電池負(fù)責(zé)提供能量，但AEM13920 EH-PMIC確保了能量被高效采集并合理利用；它為儲能元件充電，防止其過充或深度放電，保障系統(tǒng)平穩(wěn)運行。與此同時，Qorvo的QPG6200片上系統(tǒng)（SoC）負(fù)責(zé)通信與連接，使該照明開關(guān)能夠無縫融入現(xiàn)代智能家居生態(tài)系統(tǒng)。

簡而言之，要實現(xiàn)能量收集在實際應(yīng)用中的可靠效果，并非在于突破環(huán)境能量源本身的極限，而是要從智能電源管理入手，做出明智的設(shè)計決策。

無電池創(chuàng)新方案推動智能家居發(fā)展

能量收集最具前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一便是智能家居自動化；在這一領(lǐng)域，減少對電池的依賴既能提升便利性，又增強了可持續(xù)性。為了消除電池浪費、簡化智能家居系統(tǒng)，e-peas與Qorvo共同研發(fā)了一款基于室內(nèi)光能量收集、支持Matter協(xié)議的創(chuàng)新型照明開關(guān)。

這款無電池照明開關(guān)的核心部件是一個光伏（PV）電池，它能夠吸收環(huán)境光并將其轉(zhuǎn)化為電能。隨后， e-peas的能量收集PMIC對這部分能量進(jìn)行捕獲和調(diào)節(jié)；這款PMIC在優(yōu)化功率傳輸、提供穩(wěn)定電壓以及防止儲能元件過充或深度放電方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。該PMIC配備了I2C總線接口，可與系統(tǒng)的SoC通信，從而實現(xiàn)對儲能元件電壓的實時監(jiān)測以及額外的系統(tǒng)診斷。這一級別的可視化不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，還支持諸如自適應(yīng)電源管理和根據(jù)可用能量進(jìn)行性能調(diào)優(yōu)等高階功能。

能量存儲后，將為Qorvo的Matter SoC供電；其中，這一SoC負(fù)責(zé)管理照明開關(guān)在智能家居生態(tài)系統(tǒng)中的連接與通信。作為一款多標(biāo)準(zhǔn)連接解決方案，e-peas選擇采用QPG6200是因為其獨特的ConcurrentConnect技術(shù)。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)與Matter、Zigbee、低功耗藍(lán)牙和Thread順暢、可靠的集成，確保同多種設(shè)備的廣泛兼容性。當(dāng)按下開關(guān)時，它會向連接的照明網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信號，無需有線電源或電池即可點亮燈光。

通過利用環(huán)境能量，e-peas智能照明開關(guān)的設(shè)計使其能夠運行超過十年而無需任何維護。其無電池設(shè)計不僅省去了電池更換成本，還帶來更大的安裝靈活性——業(yè)主和企業(yè)可以將開關(guān)安裝在任何位置，無需擔(dān)心布線限制。

超越智能家居：無電池物聯(lián)網(wǎng)的未來

能量收集技術(shù)與智能家居設(shè)備有著天然的契合點；當(dāng)然，這一技術(shù)的應(yīng)用潛力更遠(yuǎn)不止于照明控制。在未來幾年，自供電物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有望消除偏遠(yuǎn)或難以到達(dá)地區(qū)的電池維護需求，從而推動各行業(yè)實現(xiàn)變革。

能量收集的未來應(yīng)用領(lǐng)域包括：

可穿戴健康設(shè)備– 實現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測，無需充電或更換電池。

智能基礎(chǔ)設(shè)施傳感器– 為橋梁、道路和鐵路配備自供電傳感器，確保對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行長期健康監(jiān)測。

公共交通與運輸– 利用動能收集技術(shù)為車輛追蹤和運行傳感器供電。

災(zāi)害應(yīng)急系統(tǒng)– 在電力供應(yīng)受限的應(yīng)急區(qū)域，使用自主、自維持的設(shè)備。

這些領(lǐng)域越來越多地采用能量收集解決方案，反映了一個更大的行業(yè)趨勢：向真正自主的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，實現(xiàn)高效、可持續(xù)運行，且無需維護。

引領(lǐng)可持續(xù)物聯(lián)網(wǎng)的潮流

基于能量收集技術(shù)的Matter照明開關(guān)，便是該技術(shù)從概念走向現(xiàn)實的典范。通過利用環(huán)境能源，無電池智能家居解決方案正逐漸變得切實可行，這不僅降低了對環(huán)境的影響，還使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的管理更加便捷。隨著能量收集技術(shù)的不斷演進(jìn)，其重新定義設(shè)備供電方式的潛力正逐步顯現(xiàn)。無論是在智能家居、工業(yè)環(huán)境還是公共基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)的未來正朝著更智能、更高效且真正自維持的解決方案邁進(jìn)。

作為連接領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，Qorvo擁有由前沿創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)合作伙伴構(gòu)建的廣泛生態(tài)系統(tǒng)。其與e-peas在Matter照明開關(guān)項目上的合作，標(biāo)志著Matter協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推廣方面又邁出了關(guān)鍵一步。