随着欧盟新电池法规(EU)2023/1542的全面实施，传统电池在遥控器等小型消费电子产品中的应用面临严峻挑战。法规要求生产者承担废旧电池回收责任、限制有害物质含量、并实施可拆卸性要求，这些规定显著增加了企业的合规成本。在此背景下，太阳能+超级电容+低功耗蓝牙(BLE)的技术组合方案应运而生，成为应对法规挑战的理想选择。 #遥控器#


整体架构

太阳能遥控器系统采用三层架构设计：

能量采集层：钙钛矿太阳能板负责将环境光能转化为电能，在室内弱光条件下仍能稳定工作。

能量管理层：MF9006芯片作为核心控制器，实现最大功率点追踪(MPPT)、充电管理、电压转换和负载控制。

能量存储层：超级电容作为储能介质，提供瞬时大电流输出，支持BLE通信的峰值功耗需求。

应用层：低功耗蓝牙(BLE)模块、按键检测电路和LED指示灯等负载设备。


核心器件选型

太阳能板：选择钙钛矿材料，在1000勒克斯光照条件下转换效率可达37.6%，弱光响应能力强，适合室内环境使用。

超级电容：容量0.5-1F，额定电压3.3V，内阻小于100mΩ，支持50万次充放电循环。

MF9006芯片：专为太阳能应用设计的能量管理芯片，支持0.4V冷启动，集成MPPT算法和充电管理功能。

BLE模块：采用nRF52832或CC2640R2F，待机电流0.1μA，发射峰值电流6mA，接收电流5.4mA。



MF9006芯片工作原理

MF9006是一款专为太阳能应用设计的能量管理芯片，具有以下核心特性：

  • 超低功率启动：400 mV 输入电压和15μW 输入功率下可实现冷启动；
  • 升压调节器：可通过管脚配置MPPT，可配置为70%、75%、85%或90%；每5 秒检测一次MPPT 开路电压；启动后输入电压范围 150mV 至 5V；
  • 低电压 LDO 输出：支持最大负载电流 20mA；输出电压 1.2V/1.8V 可选；可通过管脚进行开关控制；
  • 高电压 LDO 输出：支持最大负载电流80mA；输出电压 1.8V~4.2V 可选/可调；可通过管脚进行开关控制；
  • 电池管理：对可充电电池或超级电容器进行过充和过放保护参数配置；电池耗尽时进行提示；LDO 可用时进行提示；
  • 电池切换：当储能电池耗尽时，自动切换到一次电池；当储能电池恢复后，自动切换到储能电池。
  • 超低的关机功耗：在芯片进入关机状态下，芯片的总功耗为580nA。



能量协同管理策略

能量预算分析

以电视遥控器为例，进行能量预算分析：

待机功耗：BLE模块保持广播状态，平均电流0.1μA，功耗0.33μW

按键操作：用户按下按键，BLE模块建立连接并发送数据，峰值电流6mA，持续时间0.1秒，单次耗能0.002mAh

LED指示：按键时点亮LED，电流5mA，持续时间0.5秒，单次耗能0.0007mAh

日耗能：假设每天按键50次，待机24小时，总耗能约0.1mAh

太阳能采集能力

钙钛矿太阳能板在室内环境下的能量采集能力：

光照条件：办公室环境约300-500勒克斯，家庭环境约100-300勒克斯

能量采集：在300勒克斯光照下，1cm²太阳能板可产生约10μW功率，假设遥控器表面集成2cm²太阳能板，日间8小时可采集约0.16mAh能量

能量平衡：日采集能量0.16mAh > 日消耗能量0.1mAh，实现能量正平衡

超级电容容量设计

超级电容容量需满足以下要求：

瞬时功率需求：BLE发射峰值电流6mA，超级电容需提供足够的瞬时电流

待机时间：在无光照条件下，超级电容需支持至少7天待机

容量计算：选择0.5F超级电容，在3.3V电压下存储能量约2.7焦耳，相当于0.75mWh（约0.2mAh）。待机功耗0.33μW，可支持约230小时（约9.6天）待机，满足设计要求。



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