Enerģijas savākšana galvenokārt tiek uzskatīta par strāvas padeves metodi elektronisko ierīču barošanai, kas jāpievieno barošanas avotam vai citam, nevis akumulatoram. Daudzos gadījumos lietojumprogrammām, kas izmanto enerģijas kolekcijas, bieži vien nav pietiekami daudz vietas, lai pielāgotos lielam apjomam. Tipiski piemēri ir valkājamas tehnoloģijas, piemēram, fitnesa sīkrīki un veselības uzraudzības ierīces, kā arī bezvadu sensoru mezgli, piemēram, vides vai struktūras stāvokļa uzraudzības lietojumprogrammas.
Parasti enerģija, kas savākta no vides enerģijas avotiem, piemēram, saules enerģijas, vibrācijas vai temperatūras atšķirībām, ir efektīvi jāizmanto pēc pārejas, paaugstināšanas un pagaidu uzglabāšanas. Mūsdienās arvien vairāk palielinās to uzņēmumu skaits, kurus uzsāk enerģijas savākšanas lietotnes un jaudas pārvaldības integrētās shēmas. Taču spiediens saskaras, lai nodrošinātu, ka šīs ierīces ir ļoti integrētas, lai atvieglotu daudzfunkciju darbību, un izmēram jābūt pēc iespējas mazākam. Nav šaubu, ka pašas iekārtas enerģijas patēriņš ir ļoti zems.
Šajā rakstā tiks izklāstītas ātri valkājamu elektronisko iekārtu tirgu miniaturizācijas vajadzības un ar tiem saistītās lietojumprogrammas, kā arī nesen apspriests BQ25570 pastiprināšanas lādētājs ar integrētiem ātruma pārveidotājiem, kā arī virkne līdzīgu alternatīvu un papildu komponentu. Šis raksts attieksies uz lietotāja rokasgrāmatu TI, paskaidrot, kā efektīvi izmantot ierīci, lai ultracen zemas jaudas, vietas / svara ierobežojumu.
Vairāk funkciju Mūsdienās arvien vairāk valkājamu ierīču izseko fitnesa plānu, lai uzraudzītu veselības stāvokli un nodrošinātu veselības aprūpes apstākļus un sniegtu medicīniskos pakalpojumus. Tāpat kā lielākā daļa portatīvo ierīču, šī tendence veicinās aprīkojuma funkciju pieaugumu, ko sagaida patērētāji. Ja GPS ierīce ir integrēta pulsometrā, izsekojiet ierakstīšanas gredzena numuru vai skriešanas maršrutu, sirdsdarbības monitors tiks izmantots vairāk. Šobrīd ar modernām valkājamām veselības uzraudzības iekārtām var uzraudzīt asinsspiedienu, ķermeņa temperatūru, skābekļa saturu asinīs, pulsu un aktivitāti.
1. attēls. Enerģijas savākšana būs galvenās tehnoloģijas daudzās valkājamo elektronisko ierīču lietojumos.
Pa kreisi: Sensoria viedās zeķes, kas aprīkotas ar spiediena sensoriem, var sazināties ar pēdu gredzeniem, izmantojot Bluetooth, lai palīdzētu noteikt un uzlabot skriešanas pozas (papēdis / pēda). Citi sensori var izsekot rekordiem, ātrumam, patērētajām kalorijām, augstumiem un attālumiem.
Pa labi: Fraunhofera institūta pētniecība un attīstība Valkājams palīgaprīkojums vecāka gadagājuma cilvēku grupai var nodrošināt vairākus programmējamus pakalpojumus, piemēram, atgādinājumu saņemšanu par narkotiku lietošanu, veselības uzraudzību un ārkārtas palīdzības izsaukšanu.
Bezvadu savienojums ļauj ērti pārsūtīt un uzglabāt savāktos datus vēlākai analīzei. Bezvadu sensoru tīkli kā daļa no lietiskā interneta ir būtiski tādās lietojumprogrammās kā viedās ēkas un vides uzraudzība, un ir jāapkopo dati no daudziem sensoriem šajās lietojumprogrammās. Šī iemesla dēļ viedajos pulkstenī, biometriskajos monitoros, ID tagu produktos, sensoru mezglos un citās valkājamās vai attālās lietojumprogrammās arvien vairāk tiek izmantoti integrētie sensori, radiofrekvenču shēmas un precīzāki mikrokontrolleri.
Tomēr priekšroka jādod šādām daudzfunkcionālajām ierīcēm, izņemot saprātīgu akumulatora darbības laiku, tam ir nepieciešams arī viegls svars, mazs izmērs un komforts. Dizaineri ir izmantojuši enerģijas savākšanas paņēmienus, lai efektīvi izmantotu vides enerģiju, piemēram, ķermeņa siltumu vai soļus, lai akumulators turpinātu uzlādēties. Noteiktās ierīcēs (piemēram, implantētās ierīcēs) savāktā enerģija ir vienīgais enerģijas avots.
Tāpēc enerģijas savākšanu var uzskatīt par telpisku praktisku tehnoloģiju, ko var izmantot alternatīvu akumulatoriem, un ar to var sasniegt mazāku uzlādējamo bateriju apjomu. Jebkurai ierīcei, kas tiek darbināta ar akumulatoru vai piegādāto enerģiju, jaudas pārvaldība ir ļoti svarīga. Lai nodrošinātu optimālu veiktspēju un augstas efektivitātes darbības ar lielu enerģijas patēriņu, parasti neregulāru barošanas avotu, ir nepieciešama noteikta precizitāte. Vairāki IC ražotāji ir mērķēti uz šo tirgu, tostarp Advanced Linear Devices, Cymbet, Linear Technology, Maxim Integrated, Spansion, StMicroelectronics un Texas Instruments.
Salīdzinot ar vecās paaudzes jaudu, jaunās paaudzes barošanas bloki ir augstāki, apjoms ir mazāks un elektroenerģijas patēriņš ir mazāks. Teorētiski ierīce saņems iegūto enerģiju un pēc tam pārveidos un/vai pastiprinās, un visbeidzot piegādā to tieši sistēmai vai uzlādējamai enerģijas uzglabāšanas ierīcei. Dažas konstrukcijas var būt paredzētas enerģijas uzglabāšanas ierīcēm, piemēram, superkondensatoram vai litija jonu pogai. Ir arī citi dizaini, kas atbalsta vairākas enerģijas uzglabāšanas ierīces. Tāpat daži dizaini var būt paredzēti enerģijas savākšanas veidam, un ir arī citi modeļi, kas atbalsta vairākus enerģijas veidus.
Īpaša uzmanība jāpievērš starta spriegumam, kas nepieciešams dažādām lietojumprogrammām. Dažas lietojumprogrammas tiek palaists līdz 20 mV, taču funkcionalitāte var būt ierobežota, un ir nepieciešami papildu papildu komponenti, lai nodrošinātu pietiekamu jaudas pārvaldību. Komponentiem ar augstāku integrāciju var būt mazāks izmērs, un kopējā statiskā strāva ir mazāka, taču var būt nepieciešams augstāks starta spriegums, lai padarītu to atkarīgāku no zemākā uzglabāšanas enerģijas līmeņa. Dažas ierīces ir ļoti mērķtiecīgas, paredzētas īpaši mazjaudas sensoru mezgliem. Citas ierīces atbalstīs augstākus ieejas sprieguma līmeņus, lai atbilstu prasībām, kuru pamatā ir mikrokontrolleru aprīkojums, taču enerģijas savākšanas lietojumprogrammām šīs mikroierīces pašas ir ļoti zemas.
Ir svarīgi, lai jaudas pārvaldības IC būtu pietiekami elastīga, lai apstrādātu periodisku jaudu un savākto enerģiju (bieži nestabila un bieži savāc daudzumu). Tas ir jāņem vērā sistēmas projektēšanā, proti, pietiekami daudz enerģijas uzglabāšanas jaudas, ir iespējams nodrošināt pastāvīgu elektrību, kad tas ir nepieciešams. Tas lielā mērā ir atkarīgs no sensora nolasīšanas frekvences, datu pārraides apjoma un pārraides frekvences.
Augstas integrācijas Texas INSTRUMENTS piedāvā dažādas īpaši mazjaudas mikroierīces enerģijas savākšanai, tostarp jaudas pārvaldības IC, bezvadu savienojumi un mikrokontrolleri. Uzņēmuma jaunākais BQ25570 ir augstas kvalitātes femto jaudas pārvaldības risinājuma integrēta enerģijas kolekcija. Tas atbilst visiem enerģijas savākšanas tehnikas standartiem un visiem standartiem lietojumiem ar ierobežotu jaudu.
Ierīce ir kompakta, izmantojot 3.5 x 3.5 mm QFN paketi ar 20 vadiem, īpaši zemas jaudas statiskā strāva ir 488 NA (tipiskā vērtība), un transportēšanas režīms ir. 1881.5 NA. Turklāt ir arī BQ25570EVM novērtēšanas modulis. Lai iegūtu detalizētu informāciju par produktiem un pielietojumu, lūdzu, skatiet aprīkojuma specifikācijas un novērtēšanas paneļa lietotāja rokasgrāmatu 2.
Ierīcei joprojām ir nepieciešams ārējais kondensators un rezistors, taču augstās integrācijas dēļ tas var samazināt vajadzību pēc papildu aprīkojuma. Ierīce ir ideāli piemērota bezvadu sensoru tīkliem ar smagām jaudas un darbības prasībām, ieviešot augstas enerģijas impulsu frekvences modulācijas (PFM) pastiprināšanas lādētāju un femto jaudas pārveidotāju risinājumus. Skatiet tālāk 2. attēlu: Aparātu var izmantot kopā ar dažādām augstas pretestības enerģiju, tostarp fotoelektrisko (saules), termoelektrisko ģeneratoru (TEG) un maiņstrāvas/līdzstrāvas taisngriezi un pjezoelektriskajiem ģeneratoriem. No aukstās palaišanas stāvokļa ierīces līdzstrāvas / līdzstrāvas pastiprināšanas pārveidotāja / lādētāja minimālais spriegums ir 330 mV. Tās hipotēze ir balstīta uz: ieejas barošanas avots nodrošina vismaz 5 μW (tipiski), un slodzes pārveidotāja izeja ir mazāka par 1 μA noplūdes strāvu (ieskaitot uzglabāšanas elementa noplūdes strāvu). Taču pastiprināšanas pārveidotāja izejas spriegums pēc darbības sasniedz 1.8 V, un ierīcei nepieciešamo 100 MV spriegumu var iegūt no enerģijas savākšanas avota.
Buck pārveidotājs vispirms tiek iegūts no pastiprināšanas pārveidotāja izejas, lai iegūtu ievades jaudu, un pēc tam veic pazemināšanas procesu un visbeidzot nodrošina regulēšanas spriegumu izejas tapai. Buck pārveidotājs izmanto PFM vadību, lai pielāgotu spriegumu tā, lai tas būtu tuvu lietotāja programmējamā rezistora sprieguma dalītāja iestatītajai vērtībai. Strāvu caur induktors kontrolē iekšējā strāvas noteikšanas ķēde. No piegādes režīma laiks ir aptuveni 100 ms, no gaidīšanas režīma sākas ātrāk, bet tas ir atkarīgs no izejas kondensatora izmēra.
BQ25570 var izmantot ar dažādām atmiņas ierīcēm, tostarp kondensatoriem, superkondensatoriem, litija jonu akumulatoriem un citām ķīmiskām baterijām. Kad sistēma ir mazjaudas vai miega režīmā, kolektors nodrošinās pietiekami daudz elektroenerģijas, lai uzlādētu uzglabāšanas elementu. Kad enerģijas savācējs nedarbojas, akumulatoram vai kondensatoram ir jābūt pietiekamai jaudai, lai darbinātu visu sistēmas slodzi. Lai filtrētu PFM komutācijas lādētāja impulsa strāvu, ir nepieciešams līdzvērtīgs kondensatora 100 μF uzglabāšanas elements.
Saskaņā ar TI lietotāja rokasgrāmatu galvenā atšķirība starp akumulatoru un superkondensatoru ir tāda, ka akumulatorā ir maz un pat mazāks par noteiktu sprieguma daudzumu, un ir superkondensators. Sistēmas izstrādātājiem ir jāņem vērā, ka ir ievērojama noplūdes strāva, kas ir līdzvērtīga līdzstrāvas slodzei uz pastiprinātāja pārveidotāja izeju.
Maksimālā jaudas punkta izsekošana (MPPT) attiecas uz jaudīgāko fotoelementu (70 līdz 80%) un TEG (50%) enerģiju un pārvaldību. Citas ar akumulatoru darbināmas iekārtas augstas energoefektivitātes pārvaldības funkcijas ietver: akumulatora pārsprieguma un zemsprieguma aizsardzību, uzlādējamā litija jonu akumulatora automātisku termisko izslēgšanu. Vēl viena svarīga funkcija ir precīza akumulatora stāvokļa uzraudzība. Ja sistēma var nonākt zemsprieguma stāvoklī, ir jāiedarbina arī slodzes strāvas krituma funkcija.
Alternatīvais aprīkojums un papildaprīkojums Ti uzsāktās BQ25504 un BQ25505 funkcijas ir līdzīgas, taču miera strāva ir mazāka par 325 NA. Abas ierīces ir aprīkotas ar autonomu jaudas daudzfunkcionālu multipleksora vārtu draiveri, kad tas ir iedarbināts, kas ļauj sistēmai iegūt enerģiju no enerģijas savākšanas avotiem un primārajiem akumulatoriem, nodrošinot, ka nepieciešamības gadījumā tiek nodrošināta pastāvīga jauda, pat ja kolektors nav pieejams. arī strādā pareizi. Īpaši zemā statiskā strāva ir ļoti svarīga, ja sistēma nevar izslēgties, lai varētu pagarināt akumulatora darbības laiku.
Ja problēmas rada izmērs un svars, TI iesaka BQ25100, kas ir lineārs akumulatora lādētājs ar mazāku jaudu, īpaši piemērots atsevišķām litija jonu pogām. Ierīce ir iekapsulēta ar 0.9 x 1.6 mm WCSP, atbalsta līdz 30 V ieejas spriegumu, ļaujot precīzi kontrolēt ātrās uzlādes strāvu diapazonā no 10 mA līdz 250 mA.
Papildu aprīkojums TPS82740A un TPS8274B buck pārveidotāju moduļi atbalsta 200 mA izejas strāvu, pārveidošanas efektivitāte ir pat 95%, miera režīmā patērētā strāva ir tikai 360 NA, bet 70 NA ir 70 NA. 6.7 mm2 iepakojumā ir komutācijas regulators, induktors un I/O kondensators. Integrējot visas nepieciešamās pasīvās ierīces, iekārtas tilpums ir par 75% mazāks nekā tam pašam diskrētajam risinājumam. TPS82740A ir īpaši zema sprieguma lietojumprogramma, un TPS8274B ir "DCS Control" funkcija, kas ir piemērota jaudas pārvaldībai, piemēram, Ti, piemēram, Ti. MSP430 sērija.
Nobeigumā Lai izvēlētos pārnēsājamu enerģijas savākšanas tehnoloģiju pielietojumu, izvēlieties atbilstošu jaudas pārvaldības IC, jums rūpīgi jāapsver sistēmas jaudas prasības, enerģijas ražošanas potenciāls un enerģijas uzglabāšanas jauda. Jaudas diapazona zemajos galos (piemēram, bezvadu sensoru mezglos) vai ja TEG ģenerētā enerģija ir ļoti maza, ierīces izvēle ir ierobežotāka. Ja mazs izmērs un viegls svars ir labākā prioritāte, izvēlieties augstāku integrāciju, piemēram, vairākas no šī raksta, kas, iespējams, ir labākais risinājums.
citu mūsu produktu:
