善用猎能技术 突破物联网供电瓶颈
- 洪千惠
-
物联网(IoT)串连各式各样的装置，数量之多令人咋舌，根据Strategy Analytics研究，至2017年底将有200亿个物联网和互联装置布署于全球，且未来4年内将再增加100亿个装置。另有研究机构数据显示，全球物联网装置的数量快速攀升，预计至2020年将有204亿个联网装置，是2015年的3.2倍之多。
这些装置多以电池供电，电池更换是一大问题，交通大学电子工程学系副教授陈柏宏指出，「我们必须思考如何避免频繁更换电池？毕竟人工更换成本极高，且有些装置位于山高水深之处，更换极不便利，再者，废弃电池造成的污染也是一大隐忧。」
陈柏宏老师研究团队近年致力于发展电源集成电路设计、能源撷取电路设计、无线电力传输设计、低功率电源集成电路等，研发创新的电路技术及系统架构，可将技术整合至物联网装置、穿戴式装置、生医电子装置中，提升装置能源效率及电池续航力。
多样供电组合，为电源IC带来挑战
针对物联网装置的电池更换问题，解决之道包括：使用半永久式电池(寿命长达30年以上)；或是针对低功耗应用导入无需使用传统电池的技术，例如环境撷能(太阳能)、温度差发电、RF发电、振动发电等。
然而，上述这些无电池技术并不适用于具运算功能的较高功耗应用，「针对仍需采用电池的物联网装置，我们必须思考延长电池寿命的方式，其中，能够永续利用的猎能技术成为延长电池寿命的重要技术，」陈柏宏进一步说明，「这些物联网装置有其工作及休眠周期，在运算工作期间采用传统电池；休眠期间采用太阳能、温度差、RF等辅助发电技术，且多出的电力甚至可充电至主电池，这样的组合搭配是延长电池寿命的方法之一。」这样的电源组合也为电源管理技术带来新的挑战。
全自动侦测，智能调控输入输出
陈柏宏研究团队的研究主题之一，是针对太阳能、温度差发电及不同电源组合研发更具智能的电源管理IC，使能源的利用更有效率，且电源IC本身必须具备低功耗特性。针对不同电源组合的管理，电源管理IC必须强化智能调控多种电压输入及输出的功能，「透过电源IC对传统电池及太阳能等辅助电源进行调度及分配，可以确保高效率的电力使用。」陈柏宏说明。
陈柏宏及其团队近期积极投入全自动侦测输入电压源技术的开发，「我们采用动态侦测方式，能在极短时间内判断该从何处撷取能量，以及应该输出至何处，且能达到高效能。」据了解，目前并未有太多研发团队掌握此项技术。陈柏宏并且强调，「虽然是采用动态侦测技术，但是透过各种电路设计，此电源IC本身耗电并不会较一般电源管理IC高出太多，仍旧保持在合理的范围内，可符合电源IC本身需保持低功耗的要求。」
输入端复杂化，电源IC持续优化
以应用端驱动研发，针对光源照度较低的室内物联网应用，陈柏宏及其团队已完成应用平台，此平台是以太阳能电池做为主电源，温度差发电则是辅助电源。
陈柏宏说明，「视应用的不同，电池的组合搭配可以非常多样，可以是两种技术组合，也可以是三种电池的组合，目前我们比较看好的是锂电池、太阳能、温度差发电这三者技术的组合搭配，可以有效降低物联网装置更换电池的频率，甚至可以不再需要更换电池。」电池组合的多样化造成输入端的复杂度，这也就更凸显全自动侦测技术的价值所在。
为解决物联网装置供电问题，许多创新供电解决方案持续被提出，不过限于供电功率仍偏小，实际应用仍未见普及。陈柏宏研究团队持续投入电源管理IC技术的前瞻研究，随着新型电池功率的提升，可望解决物联网装置供电问题，突破物联网布建的一大瓶颈。
