Збор энергіі ў асноўным разглядаецца як метад харчавання для сілкавання электронных прылад, якія неабходна дадаць да крыніцы харчавання або іншага, чым акумулятар. У многіх выпадках прыкладання, якія выкарыстоўваюць збор энергіі, часта не маюць дастатковай прасторы для размяшчэння вялікіх аб'ёмаў. Тыповыя прыклады ўключаюць носныя тэхналогіі, такія як фітнес-гаджэты і прылады для маніторынгу здароўя, а таксама бесправадныя датчыкі, такія як праграмы для маніторынгу стану навакольнага асяроддзя або структуры.
Як правіла, энергію, сабраную з крыніц энергіі навакольнага асяроддзя, такіх як сонечная энергія, вібрацыя або перапады тэмператур, неабходна эфектыўна выкарыстоўваць пасля пераходу, павышэння і часовага захоўвання. У цяперашні час колькасць кампаній, запушчаных з дапамогай праграм для збору энергіі і інтэгральных схем кіравання сілкаваннем, усё больш павялічваецца. Але трэба імкнуцца да таго, каб гэтыя прылады былі вельмі інтэграваныя, каб палегчыць шматфункцыянальную працу, а памер павінен быць як мага меншым. Несумненна, што энергаспажыванне самога абсталявання вельмі нізкае.
У гэтым артыкуле будуць апісаны патрэбы ў мініяцюрызацыі рынкаў электроннага абсталявання, які можна хутка насіць, і звязаных з імі прыкладанняў, а таксама нядаўна абмяркуецца буст зарадная прылада BQ25570 з убудаванымі пераўтваральнікамі, а таксама шэраг падобных альтэрнатыў і дадатковых кампанентаў. Гэты артыкул будзе спасылацца на кіраўніцтва карыстальніка TI, растлумачыць, як эфектыўна выкарыстоўваць прыладу для ультрацэнавага абмежавання магутнасці, прасторы / вагі.
Дадатковыя магчымасці Сёння ўсё часцей з'яўляюцца носныя прылады, якія адсочваюць фітнес-план, каб кантраляваць стан здароўя, забяспечваць умовы аховы здароўя і аказваць медыцынскія паслугі. Як і большасць партатыўных прылад, гэтая тэндэнцыя будзе спрыяць павелічэнню функцый абсталявання, якое чакаюць спажыўцы. Калі прылада GPS інтэгравана ў манітор сардэчнага рытму, адсочвае нумар кальца запісу або маршрут бегу, манітор сардэчнага рытму будзе больш прыхільным. У цяперашні час сучаснае носнае абсталяванне для маніторынгу здароўя можа кантраляваць артэрыяльны ціск, тэмпературу цела, утрыманне кіслароду ў крыві, частату сардэчных скарачэнняў і актыўнасць.
Малюнак 1: Збор энергіі будзе ключавымі тэхналогіямі ў многіх прылажэннях носных электронных прылад.
Злева: разумныя шкарпэткі Sensoria, абсталяваныя датчыкамі ціску, могуць мець зносіны з нажнымі кольцамі праз Bluetooth, каб дапамагчы вызначыць і палепшыць паставы для бегу (пяткі / ступні). Іншыя датчыкі могуць адсочваць запісы, хуткасць, спажыванне калорый, вышыню і адлегласць.
Справа: R & D Інстытута Фраўнгофера. Дапаможнае абсталяванне для пажылых людзей, якое можна насіць, можа забяспечыць шэраг праграмаваных паслуг, такіх як прыём напамінаў аб наркотыках, маніторынг стану здароўя і выклікі экстранай дапамогі.
Бесправадная сувязь дазваляе лёгка перадаваць і захоўваць сабраныя даныя для наступнага аналізу. Бесправадныя сэнсарныя сеткі як частка Інтэрнэту рэчаў маюць важнае значэнне ў такіх прыкладаннях, як інтэлектуальныя будынкі і маніторынг навакольнага асяроддзя, і даныя ад многіх датчыкаў у гэтых прылажэннях павінны быць скампіляваныя. З-за гэтага інтэграваныя датчыкі, радыёчастотныя схемы і больш дакладныя мікракантролеры ўсё часцей уключаюцца ў смарт-гадзіннік, біяметрычны манітор, прадукты ID-тэгаў, датчыкі і іншыя носныя або аддаленыя прыкладання.
Тым не менш, такія шматфункцыянальныя прылады варта аддаць перавагу, акрамя разумнага тэрміну службы батарэі, ён таксама патрабуе невялікай вагі, невялікіх памераў і камфорту. Дызайнеры выкарыстоўвалі метады збору энергіі, каб эфектыўна выкарыстоўваць энергію навакольнага асяроддзя, такую як цяпло цела або крокі, каб батарэя працягвала зараджацца. У некаторых прыладах (напрыклад, імплантаваных) сабраная энергія з'яўляецца адзінай крыніцай энергіі.
Такім чынам, збор энергіі можна разглядаць як прасторавую практычную тэхналогію, якую можна выкарыстоўваць як альтэрнатыву батарэі, і можа дасягнуць меншага аб'ёму акумулятарнай батарэі. Для любога прылады, якое сілкуецца ад батарэі або энергіі, кіраванне харчаваннем вельмі важнае. Для забеспячэння аптымальнай прадукцыйнасці і высокай эфектыўнасці аперацый за кошт высокага спажывання энергіі, як правіла, нерэгулярных крыніц харчавання, патрабуецца пэўная дакладнасць і дакладнасць. Шэраг вытворцаў мікрасхем арыентаваны на гэты рынак, у тым ліку Advanced Linear Devices, Cymbet, Linear Technology, Maxim Integrated, Spansion, StMicroelectronics і Texas Instruments.
У параўнанні са старым пакаленнем блокаў харчавання новага пакалення вышэй, аб'ём менш, і энергаспажыванне ніжэй. Тэарэтычна, прылада будзе атрымліваць атрыманую энергію, а затым пераўтвараць і / або павялічваць, і, нарэшце, падаваць яе непасрэдна ў сістэму або акумулятарную прыладу для назапашвання энергіі. Некаторыя канструкцыі могуць быць прысвечаны тыпу прылады для назапашвання энергіі, напрыклад, суперкандэнсатара або літый-іённай кнопкі. Ёсць таксама іншыя канструкцыі, якія падтрымліваюць некалькі прылад для назапашвання энергіі. Аналагічным чынам некаторыя канструкцыі могуць быць прысвечаны адной з формаў збору энергіі, а ёсць іншыя канструкцыі, якія падтрымліваюць некалькі формаў энергіі.
Варта адзначыць, што напружанне пры запуску, неабходнае для розных прыкладанняў. Некаторыя прыкладання запускаюцца на 20 мВ, але функцыянальнасць можа быць абмежаванай, і для забеспячэння дастатковага кіравання сілкаваннем патрабуюцца дадатковыя дадатковыя кампаненты. Кампаненты з больш высокай інтэграцыяй могуць мець меншы памер, а агульны статычны ток меншы, але можа спатрэбіцца больш высокае стартавае напружанне, каб зрабіць яго больш залежным ад самага нізкага ўзроўню назапашвальнай энергіі. Некаторыя прылады з'яўляюцца вельмі мэтанакіраванымі, прысвечаныя вузлам датчыкаў звышмалой магутнасці. Іншыя прылады будуць падтрымліваць больш высокія ўзроўні ўваходнага напружання, каб адпавядаць патрабаванням, заснаваным на абсталяванні мікракантролераў, але для прыкладанняў для збору энергіі самі гэтыя мікрапрылады вельмі нізкія.
Важна, што мікрасхема кіравання сілкаваннем павінна быць дастаткова гнуткай, каб справіцца з перарывістым харчаваннем і сабранай энергіяй (часта няўстойлівай і часта збірае колькасць). Гэта неабходна ўлічваць пры распрацоўцы сістэмы, гэта значыць дастатковай ёмістасці назапашвання энергіі, можна забяспечыць пастаяннае электрычнасць пры неабходнасці. Гэта ў значнай ступені залежыць ад частаты счытвання датчыка, а таксама аб'ёму перадачы дадзеных і частаты перадачы.
Высокая інтэграцыя Texas INSTRUMENTS прапануе мноства мікрапрылад з звышнізкай магутнасцю для прыкладанняў для збору энергіі, уключаючы мікрасхемы кіравання сілкаваннем, бесправадныя злучэнні і мікракантролеры. Апошні BQ25570 кампаніі - гэта высокаінтэграваны збор энергіі фемта-рашэнні для кіравання энергіяй. Ён адпавядае ўсім стандартам з метадамі збору энергіі і ўсім стандартам для прыкладанняў з абмежаванай магутнасцю.
Прылада кампактная, з выкарыстаннем пакета QFN 3.5 x 3.5 мм з 20 адводамі, статычны ток звышмалой магутнасці складае 488 NA (тыповае значэнне), а транспартны рэжым - гэта. 1881.5 НС. Акрамя таго, ёсць таксама модуль ацэнкі BQ25570EVM. Для атрымання падрабязнай інфармацыі аб прадуктах і прымяненні, калі ласка, звярніцеся да спецыфікацыі абсталявання і кіраўніцтва карыстальніка ацэначнай платы 2.
Прыладзе па-ранейшаму патрабуецца знешні кандэнсатар і рэзістар, але дзякуючы высокай інтэграцыі ён можа звесці да мінімуму неабходнасць у дадатковым абсталяванні. Апарат ідэальна падыходзіць для бесправадных сетак датчыкаў з жорсткімі патрабаваннямі да магутнасці і эксплуатацыі, рэалізуючы высокаэнергетычную частотна-імпульсную мадуляцыю (PFM) зарадную прыладу і рашэнні фемта-пераўтваральніка. Глядзіце малюнак 2 ніжэй: Апарат можа выкарыстоўвацца ў спалучэнні з рознымі энергіямі з высокім імпедансам, уключаючы фотаэлектрычныя (сонечныя), тэрмаэлектрычныя генератары (TEG), а таксама выпрамнікі пераменнага / пастаяннага току і п'езаэлектрычныя генератары. У стане халоднага запуску мінімальная напруга павышанага пераўтваральніка / зараднай прылады пастаяннага / пастаяннага току прылады складае 330 мВ. Яго гіпотэза заснавана на наступным: уваходны блок харчавання забяспечвае не менш за 5 мкВт (тыпова), а на выхадзе пераўтваральніка нагрузкі ток уцечкі менш за 1 мкА (уключаючы ток уцечкі назапашвальнага элемента). Тым не менш, выхадны напруга павышаючага пераўтваральніка дасягае 1.8 У пасля працы, а напружанне 100 МВ, неабходнае для прылады, можна атрымаць з крыніцы збору энергіі.
Павышаны пераўтваральнік спачатку атрымліваецца з выхаду павышанага пераўтваральніка для атрымання ўваходнай магутнасці, а затым выконвае працэс паніжэння і, нарэшце, забяспечвае рэгулявальнае напружанне для выхаднога штыфта. Паніжальны пераўтваральнік выкарыстоўвае кіраванне PFM для рэгулявання напружання так, каб яно было набліжана да значэння, зададзенага карыстальнікам праграмаваным рэзістарам дзельнікам напружання. Ток праз індуктыўнасць кіруецца ўнутранай схемай выяўлення току. З моманту выхаду ў рэжым пастаўкі час складае каля 100 мс, з рэжыму чакання запускаецца хутчэй, але гэта залежыць ад памеру выхаднога кандэнсатара.
BQ25570 можна выкарыстоўваць з рознымі прыладамі захоўвання дадзеных, уключаючы кандэнсатары, суперкандэнсатары, літый-іённыя батарэі і іншыя хімічныя батарэі. Калі сістэма знаходзіцца ў рэжыме нізкай магутнасці або рэжыме сну, калектар будзе забяспечваць дастатковую электрычную энергію для зарадкі назапашвальнага элемента. Калі калектар энергіі не працуе, батарэя або кандэнсатар павінны мець дастатковую магутнасць, каб забяспечыць усю нагрузку сістэмы. Для фільтрацыі імпульснага току камутацыйнай зараднай прылады PFM неабходны эквівалентны назапашвальнік ёмістасцю 100 мкФ.
Згодна з кіраўніцтвам карыстальніка TI, асноўнае адрозненне батарэі ад суперкандэнсатара ў тым, што ў батарэі мала, і нават менш за пэўную колькасць напружання, і ёсць суперкандэнсатар. Распрацоўшчыкі сістэмы павінны адзначыць, што існуе значны ток уцечкі, які эквівалентны нагрузцы пастаяннага току на выхадзе павышаючага пераўтваральніка.
Адсочванне максімальнай магутнасці (MPPT) адносіцца да самай магутнай энергіі і кіравання фотаэлементамі (70-80%) і TEG (50%). Іншыя функцыі, якія абсталяваны батарэямі кіравання высокай энергаэфектыўнасцю, уключаюць у сябе: абарона ад перанапружання і паніжэння напружання батарэі, аўтаматычнае цеплавое адключэнне літый-іённай батарэі. Дакладны кантроль стану батарэі - яшчэ адна важная асаблівасць. Калі сістэма можа перайсці ў стан паніжанага напружання, неабходна таксама запусціць функцыю падзення току нагрузкі.
Альтэрнатыўнае абсталяванне і дадатковае абсталяванне Функцыі BQ25504 і BQ25505, запушчаныя Ti, падобныя, але ток спакою менш за 325 NA. Абодва прылады аснашчаны драйверам аўтаномнага шматмэтавага мультыплексара, які пасля запуску дазваляе сістэме атрымліваць энергію ад крыніц збору энергіі і першасных батарэй, гарантуючы пры неабходнасці пастаяннае харчаванне, нават калі калектар недаступны. таксама працуюць належным чынам. Ультранізкі статычны ток вельмі важны, калі сістэма не можа адключыць, так што тэрмін службы батарэі можа быць падоўжаны.
Калі памер і вага з'яўляюцца праблемай, TI рэкамендуе BQ25100, які з'яўляецца лінейным зараднай прыладай з меншай магутнасцю, асабліва падыходзіць для адзіночных літый-іённых кнопак. Прылада заключана ў WCSP 0.9 x 1.6 мм, падтрымлівае ўваходнае напружанне да 30 У, што дазваляе дакладна кантраляваць ток хуткай зарадкі ў межах ад 10 мА да 250 мА.
Дадатковае абсталяванне модулі пераўтваральніка TPS82740A і TPS8274B падтрымліваюць выхадны ток 200 мА, эфектыўнасць пераўтварэння дасягае 95%, спажываны ток спакою складае ўсяго 360 NA, а 70 NA - 70 NA. Пакет памерам 6.7 мм2 змяшчае рэгулятар пераключэння, індуктыўнасць і кандэнсатар ўводу-вываду. Дзякуючы інтэграцыі ўсіх неабходных пасіўных прылад, аб'ём прылады на 75% меншы за тое ж дыскрэтнае рашэнне. TPS82740A з'яўляецца прыладай звышнізкага напружання, а TPS8274B мае функцыю «DCS Control», якая падыходзіць для кіравання харчаваннем, напрыклад, Ti, напрыклад, Ti. Серыя MSP430.
у заключэнне Каб выбраць партатыўнае прымяненне тэхналогіі збору энергіі, выбраць адпаведную мікрасхему кіравання харчаваннем, неабходна ўважліва ўлічваць патрабаванні да энергіі сістэмы, патэнцыял выпрацоўкі энергіі і ёмістасць назапашвання энергіі. На нізкіх канцах дыяпазону магутнасці (напрыклад, вузлы бесправадных датчыкаў) або калі энергія, выпрацоўваемая TEG, вельмі малая, выбар прылады больш абмежаваны. Калі невялікі памер і малы вага з'яўляюцца лепшым прыярытэтам, абярыце больш высокую інтэграцыю, напрыклад, некалькі з гэтага артыкула, магчыма, лепшае рашэнне.
Наш іншы прадукт:
