芯科科技能量采集平台赋能无电池物联网系统
能量采集技术是一种从自然环境中提取能量——如阳光、射频信号或机械振动——并通过转换与存储实现供能的过程。这项技术在环境物联网（Ambient IoT）系统中扮演着核心角色，这类系统依赖于低功耗设计，能够从周围环境中获取运行所需能量，而无需依赖传统电池。
本文将逐步解析能量采集过程中各个阶段的评估要点，帮助开发者判断特定应用场景是否具备可行的能量预算。文章还探讨了光能采集系统的架构与能量流路径，分析了关键设计权衡因素，并介绍了包括Silicon Labs的EFR32xG22E能量采集开发套件在内的实用工具。此外，Qoitech的Otii Ace Pro功率分析设备也被纳入讨论，以辅助开发流程。
芯科科技能量采集平台详解
Silicon Labs的EFR32xG22E无线SoC平台专为能量采集应用优化，具备极低功耗特性。测试数据显示，系统从冷启动状态上电仅需150微焦耳(µJ)，而从深度睡眠模式（EM4）唤醒时，功耗仅17微焦耳。这使得该平台能够在能量受限的环境下执行快速任务，并保持极低的能量消耗。
该平台采用精确的能量预算管理技术，以微焦耳为单位进行能量平衡，同时根据环境能量动态调整固件操作，如调节无线传输频率、负载大小以及内存使用。这种机制确保了系统在低能量条件下的持续运行能力，非常适合部署在大规模环境物联网场景中。
能量采集系统的组成要素
一个典型光能采集系统通常由以下四个核心部分构成：
- 光伏电池：将光能转化为电能，其转换效率受光照强度、角度和材料特性影响。
- 电源管理芯片（PMIC）：负责电压调节、功率提升及最大功率点跟踪（MPPT），以最大化能量捕获效率。
- 能量存储元件：包括超级电容、可充电电池或两者的混合方案，选择依据具体应用的能量需求和操作周期。
- 负载设备：如传感模块或无线发射器，是系统中直接消耗能量的嵌入式部分。
能量采集开发套件介绍
xG22-EK8200A能量采集探索套件专为光能采集设备的开发而设计，支持Bluetooth Low Energy和Zigbee Green Power等无线通信协议。该套件基于EFR32xG22E无线SoC，具备快速低功耗启动和深度睡眠唤醒能力，适用于多种能量受限应用。
套件包含三款由e-peas研发的扩展板，分别适用于多源能量采集测试、动能开关供电演示以及替代电池方案评估。所有扩展板均可直接安装在开发板上，方便开发者评估光伏电池等能量源的性能。
BRD8201A——双源能量采集扩展板
此扩展板采用e-peas AEM13920 PMIC，允许同时测试两种能量源，支持独立运行场景的调试和电池寿命评估。
BRD8202A——动能按钮扩展板
该扩展板用于演示动能供电应用场景，专为脉冲能量采集系统设计，集成e-peas AEM00300 PMIC。
BRD8203A——电池扩展板
支持测试多种电池化学体系和超级电容器的性能，便于开发者选择最适合其应用的储能方案。
光伏采集与能量存储测试
xG22-EK8200A开发套件与两台Otii Ace Pro功率测量设备结合使用，可实现对能量采集全过程的深度分析。该配置可根据测试需求灵活扩展。
在光伏电池输出能量评估中，e-peas AEM13920 PMIC通过周期性断开负载，测量开路电压（Voc），并根据配置比例（默认75%）计算最大功率点（MPP），从而优化能量采集效率。
通过监测超级电容器的充放电行为，可以进一步了解能量在系统中的流动情况。在传输周期中，尽管芯片短暂消耗能量，但整体能量平衡显示采集系统具备自我维持能力。
IoT设备功耗特性分析
在构建高效能量采集系统的过程中，设备自身的能效设计至关重要。通过持续测量与优化，开发者可以显著提升系统性能。
以BRD8201A扩展板为例，其在27秒周期内的平均电流消耗约为160µA，而深度睡眠模式下仅需不到300 nA，充分展现了其在低功耗IoT应用中的潜力。
无电池物联网的未来图景
本次测试表明，基于光能采集技术与先进平台如EFR32xG22E的结合，无电池物联网系统已具备实际部署条件。通过集成MPPT、低功耗无线模块及高效能量存储方案，系统可适应不断变化的环境条件。
测试环境中使用双Otii Ace Pro设备分别监控光伏输入和存储行为，提供了对能量流路径的细致洞察。系统在低光照条件下仍能保持稳定运行，显示出良好的韧性。
此次评估不仅验证了能量采集架构的可行性，也为开发者提供了构建可持续、免维护IoT系统的实用方法。随着环境物联网技术的发展，采用此类解决方案的未来已不再遥远。