Colectarea energiei este văzută în principal ca o metodă de alimentare cu energie pentru alimentarea dispozitivelor electronice care trebuie adăugate la sursa de alimentare sau altele decât baterie. În multe cazuri, aplicațiile care utilizează colecții de energie adesea nu au spațiu suficient pentru a găzdui volume mari. Exemplele tipice includ tehnologii purtabile, cum ar fi gadgeturi de fitness și dispozitive de monitorizare a sănătății, precum și noduri de senzori fără fir, cum ar fi aplicațiile de monitorizare a stării de mediu sau structurale.
De obicei, energia colectată din sursele de energie din mediu, cum ar fi energia solară, vibrațiile sau diferențele de temperatură, trebuie utilizată în mod eficient după tranziție, creștere și stocare temporară. În prezent, o serie de companii lansate de aplicațiile de colectare a energiei și circuitele integrate de gestionare a energiei sunt în creștere. Dar presiunea se confruntă, pentru a se asigura că aceste dispozitive sunt foarte integrate pentru a facilita funcționarea multifuncțională, iar dimensiunea ar trebui să fie cât mai mică posibil. Nu există nicio îndoială că consumul de energie al echipamentului în sine este foarte scăzut.
Acest articol va sublinia nevoile de miniaturizare ale piețelor de echipamente electronice care se pot purta rapid și aplicațiile aferente acestora și va discuta recent despre încărcătorul BQ25570 cu convertoare integrate și o serie de alternative similare și componente complementare. Acest articol se va referi la ghidul de utilizare al TI, va explica cum să utilizați eficient dispozitivul pentru a ultracen putere redusă, spațiu / limita de greutate.
Mai multe caracteristici Astăzi, sunt din ce în ce mai multe dispozitive purtabile care urmăresc planul de fitness pentru a monitoriza starea de sănătate și pentru a oferi condiții de îngrijire a sănătății și pentru a oferi servicii medicale. La fel ca majoritatea dispozitivelor portabile, această tendință va promova creșterea funcțiilor echipamentelor la așteptările consumatorilor. Dacă dispozitivul GPS este integrat în monitorul de ritm cardiac, urmăriți numărul inelului de înregistrare sau traseul de alergare, monitorul de ritm cardiac va fi mai favorizat. În prezent, echipamentele moderne de monitorizare a sănătății pot monitoriza tensiunea arterială, temperatura corpului, conținutul de oxigen din sânge, ritmul cardiac și activitatea.
Figura 1: Colectarea energiei va fi tehnologii cheie în multe aplicații pentru dispozitive electronice portabile.
Stânga: șosetele inteligente Sensoria, echipate cu senzori de presiune, pot comunica cu inelele piciorului prin Bluetooth pentru a ajuta la identificarea și îmbunătățirea posturilor de alergare (călcâi/picior). Alți senzori pot urmări înregistrările, viteza, consumul de calorii, înălțimile și distanțele.
Dreapta: Institutul Fraunhofer R&D Echipamentul auxiliar portabil pentru grupul de vârstnici poate oferi o serie de servicii programabile, cum ar fi luarea de memento-uri de droguri, monitorizarea sănătății și apeluri de asistență de urgență.
Conexiunea wireless facilitează transferul și stocarea datelor colectate pentru analize ulterioare. Rețelele de senzori fără fir, ca parte a Internetului lucrurilor, sunt esențiale în aplicații precum clădirile inteligente și monitorizarea mediului, iar datele de la mulți senzori din aceste aplicații trebuie compilate. Din acest motiv, senzorii integrați, circuitele de radiofrecvență și microcontrolerele mai precise din ce în ce mai mult în ceasul inteligent, monitorul biometric, produsele etichete de identificare, nodurile senzorilor și alte aplicații portabile sau de la distanță.
Cu toate acestea, astfel de dispozitive multifuncționale ar trebui să fie favorizate, cu excepția duratei de viață rezonabile a bateriei, care necesită, de asemenea, greutate redusă, dimensiuni reduse și confort. Designerii au folosit tehnici de colectare a energiei pentru a utiliza eficient energia din mediu, cum ar fi căldura corpului sau pașii, astfel încât bateria să continue să se încarce. În anumite dispozitive (cum ar fi dispozitivele implantate), energia colectată este singura sursă de energie.
Prin urmare, colectarea energiei poate fi văzută ca o tehnologie practică spațială care poate fi utilizată alternativă la baterie și poate obține un volum mai mic de baterie reîncărcabilă. Pentru orice dispozitiv care este alimentat de la baterie sau de la energia furnizată, gestionarea energiei este foarte importantă. Pentru a asigura performanțe optime și operațiuni de înaltă eficiență prin consum mare de energie, de obicei surse de alimentare neregulate, necesită o anumită acuratețe și precizie. O serie de producători de circuite integrate au vizat această piață, inclusiv Advanced Linear Devices, Cymbet, Linear Technology, Maxim Integrated, Spansion, StMicroelectronics și Texas Instruments.
În comparație cu vechea generație de energie, noua generație de surse de alimentare este mai mare, volumul este mai mic, iar consumul de energie este mai mic. În teorie, dispozitivul va obține energia rezultată, apoi conversia și/sau amplificarea, iar în cele din urmă o va furniza direct sistemului sau dispozitivului de stocare a energiei reîncărcabile. Unele modele pot fi dedicate unui tip de dispozitiv de stocare a energiei, cum ar fi un supercondensator sau un buton cu ioni de litiu. Există și alte modele care acceptă mai multe dispozitive de stocare a energiei. În mod similar, unele modele pot fi dedicate unei forme de colectare a energiei și există alte modele care suportă mai multe forme de energie.
Un accent care trebuie remarcat este tensiunea de pornire necesară pentru diferite aplicații. Unele aplicații sunt pornite la 20 mV, dar funcționalitatea poate fi limitată și sunt necesare componente suplimentare suplimentare pentru a asigura o gestionare suficientă a energiei. Componentele cu integrare mai mare pot avea o dimensiune mai mică, iar curentul static total este mai mic, dar poate fi necesară o tensiune de pornire mai mare pentru a face mai dependentă de cel mai scăzut nivel de energie de stocare. Unele dispozitive sunt foarte țintite, dedicate nodurilor senzorilor de putere ultra-scăzută. Alte dispozitive vor suporta niveluri mai mari de tensiune de intrare pentru a îndeplini cerințele bazate pe echipamentele microcontrolerului, dar pentru aplicațiile de colectare a energiei, aceste microdispozitive în sine sunt foarte scăzute.
Este important ca CI de gestionare a puterii să fie suficient de flexibil pentru a gestiona puterea intermitentă și energia colectată (adesea instabilă și adesea colectând cantitatea). Acest lucru trebuie luat în considerare în proiectarea sistemului, adică suficientă capacitate de stocare a energiei, este posibil să se asigure energie electrică constantă atunci când este nevoie. Acest lucru depinde în mare măsură de frecvența de citire a senzorului și de cantitatea de transmisie a datelor și de frecvența de transmisie.
Texas INSTRUMENTS de înaltă integrare oferă o varietate de microdispozitive cu putere ultra-scăzută pentru aplicații de colectare a energiei, inclusiv circuite integrate de gestionare a energiei, conexiuni fără fir și microcontrolere. Cel mai recent BQ25570 al companiei este o colecție de energie integrată înalt a unei soluții de gestionare a energiei femto. Îndeplinește toate standardele cu tehnici de colectare a energiei și toate standardele pentru aplicații cu putere limitată.
Aparatul este compact, folosind un pachet QFN de 3.5 x 3.5 mm de 20 de cabluri, curent static de putere ultra-scăzută este de 488 NA (valoare tipică), iar modul de transport este. 1881.5 NA. În plus, există și un modul de evaluare BQ25570EVM. Pentru informații detaliate despre produse și aplicații, consultați specificațiile echipamentelor și ghidul de utilizare al plăcii de evaluare 2.
Dispozitivul necesită încă un condensator și un rezistor extern, dar datorită integrării ridicate, poate minimiza nevoia de echipamente suplimentare. Aparatul este ideal pentru rețelele de senzori fără fir cu cerințe aspre de putere și operaționale, implementând încărcător de impuls cu modulație de frecvență a impulsurilor de înaltă energie (PFM) și soluții de convertizor femto power Buck. Vezi Figura 2 de mai jos: Aparatul poate fi utilizat împreună cu o varietate de energie de înaltă impedanță, inclusiv fotovoltaic (solar), generator termoelectric (TEG) și redresor AC/DC și generatoare piezoelectrice. Din starea de pornire la rece, tensiunea minimă minimă a convertorului DC / DC boost / încărcător al dispozitivului este de 330 mV. Ipoteza sa se bazează pe: sursa de alimentare de intrare furnizează cel puțin 5 μW (tipic), iar ieșirea convertorului de sarcină este mai mică de 1 μA curent de scurgere (inclusiv curentul de scurgere a elementului de stocare). Cu toate acestea, tensiunea de ieșire a convertizorului de amplificare ajunge la 1.8 V după rulare, iar tensiunea de 100 MV necesară dispozitivului poate fi obținută din sursa de colectare a energiei.
Convertorul buck este mai întâi obținut de la ieșirea convertorului boost pentru a obține puterea de intrare, apoi efectuează un proces de reducere și în cele din urmă asigură o tensiune de reglare pentru pinul de ieșire. Convertorul buck folosește controlul PFM pentru a regla tensiunea pentru a o permite să se apropie de valoarea setată de divizorul de tensiune al rezistenței programabile de utilizator. Curentul prin inductor este controlat de circuitul intern de detectare a curentului. Din momentul modului de livrare, timpul este de aproximativ 100 ms, din modul de așteptare pornește mai repede, dar acest lucru depinde de dimensiunea condensatorului de ieșire.
BQ25570 poate fi utilizat cu o varietate de dispozitive de stocare, inclusiv condensatoare, supercondensatoare, baterii cu ioni de litiu și alte baterii chimice. Când sistemul este în modul de putere redusă sau de repaus, colectorul va furniza suficientă energie electrică pentru a încărca elementul de stocare. Când colectorul de energie nu funcționează, bateria sau condensatorul trebuie să aibă suficientă putere pentru a alimenta întreaga sarcină a sistemului. Este necesar un condensator echivalent 100 μF element de stocare pentru a filtra curentul de impuls al încărcătorului de comutare PFM.
Conform ghidului utilizatorului TI, principala diferență între baterie și supercondensator este că există puține în baterie și chiar mai puțin decât o anumită cantitate de tensiune și există un supercondensator. Proiectanții de sisteme trebuie să rețină că există un curent de scurgere semnificativ, care este echivalent cu o sarcină de curent continuu pe ieșirea convertizorului de amplificare.
Maximum Power Point Tracking (MPPT) se referă la cea mai puternică energie și management al celulei fotovoltaice (70 până la 80%) și TEG (50%). Alte funcții pe care echipamentul alimentat cu baterie de management al eficienței energetice înalte includ: protecție la supratensiune și subtensiune a bateriei, oprirea termică automată a bateriei reîncărcabile litiu-ion. Monitorizarea precisă a stării bateriei este o altă caracteristică importantă. Dacă sistemul poate intra într-o stare de subtensiune, este, de asemenea, necesară declanșarea funcției de scădere a curentului de sarcină.
Echipamente alternative și echipamente suplimentare Funcțiile BQ25504 și BQ25505 lansate de Ti sunt similare, dar curentul de repaus este mai mic de 325 NA. Ambele dispozitive sunt echipate cu un driver de poarta multifunctional multifunctional cu putere autonoma, odata pornit, permitand sistemului sa obtina energie din sursele de colectare a energiei si bateriile primare, asigurand asigurarea unei puteri constante atunci cand este nevoie, chiar si atunci cand colectorul nu este disponibil. de asemenea, funcționează corect. Curentul static ultra-scăzut este foarte important atunci când sistemul nu se poate opri, astfel încât durata de viață a bateriei poate fi prelungită.
Dacă dimensiunea și greutatea sunt probleme, TI recomandă BQ25100, care este un încărcător de baterie liniar cu o putere mai mică, potrivit în special pentru butoanele cu un singur ioni de litiu. Dispozitivul este încapsulat de 0.9 x 1.6 mm WCSP, acceptă o tensiune de intrare de până la 30 V, permițând controlului cu precizie curentului de încărcare rapidă între 10 mA și 250 mA.
Modulele de conversie buck TPS82740A și TPS8274B ale echipamentelor complementare acceptă un curent de ieșire de 200 mA, eficiența conversiei este de până la 95%, curentul de repaus consumat este de numai 360 NA și 70 NA este 70 NA. Pachetul de 6.7 mm2 conține un regulator de comutare, un inductor și un condensator I/O. Prin integrarea tuturor dispozitivelor pasive necesare, volumul dispozitivului este cu 75% mai mic decât aceeași soluție discretă. TPS82740A este o aplicație de tensiune ultra joasă, iar TPS8274B are caracteristica „DCS Control”, care este potrivită pentru gestionarea energiei, cum ar fi Ti, pentru, de exemplu, Ti. seria MSP430.
în concluzie Pentru a selecta o aplicație portabilă a tehnologiei de colectare a energiei, selectați IC adecvat de gestionare a energiei, trebuie să luați în considerare cu atenție cerințele de putere ale sistemului, potențialul de generare a energiei și capacitatea de stocare a energiei. La limitele joase ale intervalului de putere (cum ar fi nodurile senzorilor wireless) sau dacă energia generată de TEG este foarte mică, selecția dispozitivului este mai limitată. Dacă dimensiunea mică și greutatea redusă sunt cea mai bună prioritate, atunci selectați o integrare mai mare, cum ar fi câteva din acest articol, poate cea mai bună soluție.
alt produs nostru:
