无电池电源设计突破 推进人工智能物联网

阳明交通大学电子研究所教授兼所长陈柏宏在「无电池微型装置电源设计关键」演讲中指出，采用无电池电源设计，人工智能物联网才能无远弗届。DIGITIMES摄

人工智能物联网(AIoT)为近年的新兴议题，拜5G平台崛起所赐，庞大数据的上传及下载可在瞬间完成，使得人工智能物联网的发展更加迅速。然而，物联网的布建无远弗届、无所不在，如何为物联网上的各种装置供给所需能量？这是业界的大哉问。

尤其是全球物联网装置数量至2020年已成长达500亿个，挑战更形严峻，想想若是采用一般电池供电，为这些装置更换电池得花上多少时间？更遑论装置若是位于山之巅、海之涯，换电池是如何之难。因此，在某些情境之下，无电池设计是一必然趋势，也能进一步扩大应用层面。

从环境中撷取能源，电源管理挑战多

为了达成无电池设计，近十年业界尝试了光、热、震动、射频等方式，采用相对应的传感器，可将这些环境能源传换成电能，然而这些供电方式并不稳定，容易受环境影响，且电压时高时低，所以必须仰赖电源管理IC进行有效管理并提供稳定的电压给物联网装置，例如穿戴式装置、线上医疗装置等。

整体来说，无电池微型装置电源设计的挑战在于：首先，电压普遍偏低，大部分小于0.8伏，而且可以撷取的功率很少，约100微瓦(microwatt)，因此控制电路本身功耗必须在10微瓦以下，也就是说，必须设计出低电压、低功耗的控制电路，才能符合无电池微型装置的需求。其次，由于电力十分有限，因此希望能从传感器撷取更多能量。

其三，系统需在无电池的状态下启动。最后，每一个传感器都有使用限制，可能需要光、振动及或RF等，因此若能设计出结合多来源的撷取电路，将可大大提升应用情境。阳明交通大学电子研究所教授兼所长陈柏宏团队所研发的电源管理IC，充分符合上述四项要求。

动态侦测能量来源，自动切换

视应用的不同，电池的组合搭配可以非常多样，可以是两种或是三种供电技术的组合。例如，有些大功率输出应用仍需使用一般电池，因此在设计上可结合一般电池及太阳能电池，采用复合形式。若是想实现完全无电池设计，也可采用太阳能做为主电源，温度差发电做为辅助电源，或是其他组合的设计方式。

针对如此多元的电源组合，电源管理IC必须更有智能。不同于以手动方式切换的方式，陈柏宏及其团队开发的全自动侦测输入电压源技术，能够以动态侦测方式，迅速判断能量撷取来源输入及输出，且能达到高效能。

此一电源管理技术的突破，使得物联网装置能自动切换从不同的来源撷取能量，且将多余的能量储存在电容中，对于人工智能物联网的普及将是一大助力。