在物联网和智能设备快速发展的今天，嵌入式系统的电源解决方案正在经历一场革命。传统上，许多嵌入式系统依赖电池供电，但这往往带来了更换电池的高昂维护成本和系统停机的烦恼。随着技术的进步，能量收集技术应运而生，为嵌入式系统设计提供了永续供电的新可能。
能量收集技术的崛起
能量收集是指通过太阳能、机械能或热能等环境能量，转化为电能以供给设备使用的技术。这项技术不仅减少了对传统电池的依赖，还可以使系统在长时间内无需维护，实现所谓的 "永久运行"。例如，某些超薄无线传感器可在更换电池的情况下，依靠周围环保的自然能量，确保20年以上的使用寿命。
在设计能量收集系统时，能源管理至关重要。首先，需要了解能量采集器的功率输出，太阳能采集器作为其中的一种，因其高效能（可达15mW/cm²）而成为设计的首选。通过高效的能量输出，嵌入式设备能够在长时间内保持活跃状态，而无需频繁充电或更换电池。
功耗的优化设计
为实现永久供电，设计者需关注嵌入式系统的功耗，选用低泄漏特性的元器件和超低功耗微控制器（MCU）。如硅科科技（Silicon Labs）的Si10xx无线MCU，便是实现低功耗操作的典范。这些优化措施可极大地提高能量收集系统整体的效率。
一个实际例子是太阳能无线传感器节点，该节点每20分钟传输一次数据，每次耗电仅为10µA。配备太阳能电池板的系统可以在白天提供50µA的连续电流，在日照良好的条件下，只需每天接收4.8小时的阳光，便可实现永续供电。
薄膜电池的灵活应用
能量收集系统中的能量存储机制也日益多样化。薄膜电池由于其超薄的形态（厚度仅为0.17mm）和优良的低泄漏特性，成为许多嵌入式系统的重要选择。与传统电池相比，薄膜电池的总寿命电量相当于30个CR2032钮扣电池，其长期使用的经济性显而易见。这种新型电池不仅减少了维护频率，更在安全性上具备优势，避免了大型传统电池的易燃和爆炸风险。
示例应用：无线智能开关
在无线智能应用中，能量收集技术的表现尤为突出。硅科科技与艾睿电子共同开发的参考设计，基于EFR32MG22片上系统（SoC），将Zigbee协议与能量收集电源管理结合，成功实现无电池无线开关。在这个系统中，用户的手动操作（按压开关）会产生机械能，转化为电能，供电灯具使用，无需传统布线。
未来展望
随着物联网及智能城市建设的深入，能量收集技术的应用场景将不断扩展。从智能家居到工业自动化，低功耗、高效能的能量管理解决方案必将推动更多创新应用的落地。能量收集技术为物联网设备的发展开辟了新的道路，使设备不仅更加环保，还能减少长期维护的困扰。
在这场技术变革中，像硅科科技的MG22系列SoC、EFP0111节能型电源管理IC和Si10xx无线MCU等硬件的推出，将推动能量收集系统的普及。这些设备的高能效与长寿命设计，不仅保证了持续的系统运行，还提高了消费者在使用过程中的体验满意度。
结语
毫无疑问，能量收集技术正在改变嵌入式系统的设计与应用。从新材料的使用到智能化的电源管理，这项技术正以其独特的创新性在未来的智能设备中占据一席之地。展望未来，在技术持续发展的背景下，我们期待能量收集技术带来的更多可能性，为实现更加环保、安全的智能生活提供坚实的支撑。同时，利用生成式AI工具如简单AI，助力自主内容创作，更能拓宽我们的视野与思路，迎接科技的新时代。返回搜狐，查看更多
责任编辑：