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【技術(shù)分享】電子產(chǎn)品無(wú)電池化方案

日期:2021-06-14 作者:潤欣科技創(chuàng )研社 返回列表

微型電子產(chǎn)品


隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,各種智能小終端的數量以幾何級遞增,配合手機、平板等智能產(chǎn)品,以及路由網(wǎng)關(guān)、智能音箱、家電控制中心等接入產(chǎn)品,聯(lián)合云端算法,形成各種智能應用提升我們的生活質(zhì)量,包括如穿戴、家電控制、環(huán)境監測、生活安全、新零售管理、工農業(yè)應用和畜牧業(yè)智能管理等等,而所有的這些小終端都有一個(gè)特點(diǎn),就是體積小,重量輕,只能采用紐扣電池進(jìn)行供電。


而電池供電除了定期更換所帶來(lái)的人工成本之外,形成的環(huán)境污染更是一個(gè)不容忽視的存在?,F在,每年消耗的電池數量高達數十億顆,并且還在以一個(gè)30%以上的增長(cháng)比每年遞增,所以如何延長(cháng)電池在產(chǎn)品生命周期中的使用時(shí)間,甚至如何實(shí)現無(wú)電池化電子產(chǎn)品生產(chǎn)是物聯(lián)網(wǎng)設備,特別是終端小設備廠(chǎng)商所迫切需要的技術(shù)方案。


本文從Fortune-Switch、Fortune-Tag、Fortune-Home三個(gè)研發(fā)組的產(chǎn)品中,分別從機械能、電磁能和光能三種微能量應用方案為大家帶來(lái)潤欣科技的無(wú)電池方案設計。


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微能量應用實(shí)現無(wú)電池方案


微能量也稱(chēng)為環(huán)境能量,而微能量的應用主要依賴(lài)于四種,包括機械能、電磁能、光能和溫差能。機械能就是利用電磁感應原理把機械能轉化電能,電磁能跟無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)相同就是從電磁波中獲取能量,光能不僅僅包括太陽(yáng)能也包括了微弱的光線(xiàn)和室內光,而溫差能就是通過(guò)冷熱兩面溫差產(chǎn)生電流形成微弱能量。


一、Fortune-Swtich


Fortune-Switch是潤欣科技智能開(kāi)關(guān)研發(fā)組,設計產(chǎn)品包括無(wú)線(xiàn)單火開(kāi)關(guān)、藍牙無(wú)電池開(kāi)關(guān)、智能家電無(wú)線(xiàn)中控開(kāi)關(guān)、無(wú)線(xiàn)門(mén)鈴等,本小節將重點(diǎn)講述通過(guò)機械能進(jìn)行供電的無(wú)電池設計方案,主要應用在藍牙無(wú)電池開(kāi)關(guān)和無(wú)線(xiàn)門(mén)鈴產(chǎn)品中。


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本方案采用PM5600和PM4250作為機械能采集裝置,每次機械按鍵動(dòng)作分別可以輸出600uJ和250uJ的能量,采用ATM3作為藍牙SOC通信平臺,ATM3擁有超低電能啟動(dòng)需求和超低功耗工作損耗的特點(diǎn),藍牙發(fā)射只需要2.5mA的電流,藍牙接收只需要0.9mA的電流,而在收發(fā)間隔之間平均只需要2uA的電流,同時(shí)無(wú)電池情況下最低啟動(dòng)能量需求只需要30uW,而工作電壓最低1.65V。


本方案非常適合于非握手類(lèi)單向通信無(wú)線(xiàn)控制開(kāi)關(guān),包括LED燈控、門(mén)禁、門(mén)鈴、公交車(chē)呼叫器、餐廳點(diǎn)餐器等等。

 

二、Fortune-Tag


Fortune-Tag是潤欣科技智能標簽研發(fā)組,設計產(chǎn)品包括巡更信標、電子圍墻、無(wú)感工牌、智能?;?、物流標簽、智能掛件等,本小節將重點(diǎn)講述通過(guò)電磁能進(jìn)行供電的無(wú)電池設計方案,主要應用在無(wú)感工牌、物流標簽、智能掛件等產(chǎn)品中。


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ATM3可以收集800MHz~2.4GHz的射頻能量,建議優(yōu)選915MHz或者2.4GHz,低頻率的射頻能量在相同距離上的衰減會(huì )低于高頻率的方案,詳見(jiàn)下圖。在無(wú)電池應用中,ATM3冷啟動(dòng)所需要的最低輸入為-10dBm


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本方案適合于只在特點(diǎn)場(chǎng)合下有通信需求的無(wú)電池藍牙設備的方案設計,通過(guò)射頻發(fā)射器提供能量讓設備進(jìn)入工作狀態(tài),而設備遠離或者關(guān)閉射頻發(fā)射器后設備為非工作狀態(tài)。

 

三、Fortune-Home


Fortune-Home是潤欣科技智能家庭研發(fā)組,設計產(chǎn)品包括遙控器、無(wú)線(xiàn)燈、傳感檢測設備、智能網(wǎng)關(guān)、無(wú)線(xiàn)音箱等,本小節將重點(diǎn)講述通過(guò)光能對藍牙智能小終端產(chǎn)品進(jìn)行供電的無(wú)電池設計方案,主要應用在遙控器、傳感檢測、藍牙信標等產(chǎn)品中。


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室外太陽(yáng)能的應用技術(shù)已經(jīng)非常成熟,然而,室內光能限于其能量有限,一直很難在電子產(chǎn)品中作為一個(gè)電力供應來(lái)使用。而ATM3的特性不僅僅適用于機械能和射頻能的微能量應用,同樣也適用在室內光的微能量采集引用上。能量收集,跟采集面以及光照強度有關(guān),以10.9平方厘米的采集面積來(lái)計算,在較暗的燈光下180Lux的光照強度可形成48 uW的能量,辦公室500Lux的光照強度下可形成145 uW的能量,在980Lux光照強度的商場(chǎng)可形成245 uW的能量,而在室外,陰天為5000Lux~20000Lux,晴天為50000 Lux~100000 Lux的光照強度,可提供足夠的能量供應。同時(shí),如果希望采集到的能量能夠讓設備在沒(méi)有光的環(huán)境下能夠持續工作一定的時(shí)間,則可以在方案里面增加一個(gè)較大的電容或超級電容。10.9平方厘米的光能采集方案中,440uF的電容,在辦公室環(huán)境下13秒后可以開(kāi)始工作,并且充滿(mǎn)電后可以持續40秒鐘的無(wú)光環(huán)境;而220mF的超級電容,在辦公室環(huán)境下63分鐘后可以開(kāi)始工作,并且充滿(mǎn)電后可以持續6小時(shí)的無(wú)光環(huán)境。


本方案適合于有太陽(yáng)能或日光燈照射的室外或室內,包括如辦公室、超市、家庭等環(huán)境下的無(wú)電池藍牙設備方案設計,通過(guò)采集光能讓設備可以正常工作。


全球正快速實(shí)現智慧城市、智慧社區、智慧交通的建設,而由電池驅動(dòng)的智能終端也越來(lái)越收到電池本身的限制,潤欣科技推出的無(wú)電池電子產(chǎn)品設計方案將會(huì )為很多的藍牙終端產(chǎn)品帶來(lái)福音。


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