無電池電源設計突破 推進人工智慧物聯網

陽明交通大學電子研究所教授兼所長陳柏宏在「無電池微型裝置電源設計關鍵」演講中指出，採用無電池電源設計，人工智慧物聯網才能無遠弗屆。DIGITIMES攝

人工智慧物聯網(AIoT)為近年的新興議題，拜5G平台崛起所賜，龐大資料的上傳及下載可在瞬間完成，使得人工智慧物聯網的發展更加迅速。然而，物聯網的佈建無遠弗屆、無所不在，如何為物聯網上的各種裝置供給所需能量？這是業界的大哉問。

尤其是全球物聯網裝置數量至2020年已成長達500億個，挑戰更形嚴峻，想想若是採用一般電池供電，為這些裝置更換電池得花上多少時間？更遑論裝置若是位於山之巔、海之涯，換電池是如何之難。因此，在某些情境之下，無電池設計是一必然趨勢，也能進一步擴大應用層面。

從環境中擷取能源，電源管理挑戰多

為了達成無電池設計，近十年業界嘗試了光、熱、震動、射頻等方式，採用相對應的傳感器，可將這些環境能源傳換成電能，然而這些供電方式並不穩定，容易受環境影響，且電壓時高時低，所以必須仰賴電源管理IC進行有效管理並提供穩定的電壓給物聯網裝置，例如穿戴式裝置、遠端醫療裝置等。

整體來說，無電池微型裝置電源設計的挑戰在於：首先，電壓普遍偏低，大部分小於0.8伏，而且可以擷取的功率很少，約100微瓦(microwatt)，因此控制電路本身功耗必須在10微瓦以下，也就是說，必須設計出低電壓、低功耗的控制電路，才能符合無電池微型裝置的需求。其次，由於電力十分有限，因此希望能從傳感器擷取更多能量。

其三，系統需在無電池的狀態下啟動。最後，每一個傳感器都有使用限制，可能需要光、振動及或RF等，因此若能設計出結合多來源的擷取電路，將可大大提升應用情境。陽明交通大學電子研究所教授兼所長陳柏宏團隊所研發的電源管理IC，充分符合上述四項要求。

動態偵測能量來源，自動切換

視應用的不同，電池的組合搭配可以非常多樣，可以是兩種或是三種供電技術的組合。例如，有些大功率輸出應用仍需使用一般電池，因此在設計上可結合一般電池及太陽能電池，採用複合形式。若是想實現完全無電池設計，也可採用太陽能做為主電源，溫度差發電做為輔助電源，或是其他組合的設計方式。

針對如此多元的電源組合，電源管理IC必須更有智慧。不同於以手動方式切換的方式，陳柏宏及其團隊開發的全自動偵測輸入電壓源技術，能夠以動態偵測方式，迅速判斷能量擷取來源輸入及輸出，且能達到高效能。

此一電源管理技術的突破，使得物聯網裝置能自動切換從不同的來源擷取能量，且將多餘的能量儲存在電容中，對於人工智慧物聯網的普及將是一大助力。