Pangunahing nakikita ang pagkolekta ng enerhiya bilang paraan ng supply ng kuryente para sa supply ng kuryente sa mga elektronikong device na kailangang idagdag sa power supply o maliban sa baterya. Sa maraming mga kaso, ang mga application na gumagamit ng mga koleksyon ng enerhiya ay kadalasang walang sapat na espasyo upang mapaunlakan ang malalaking volume. Kasama sa mga karaniwang halimbawa ang mga naisusuot na teknolohiya gaya ng mga fitness gadget at health monitoring device, pati na rin ang mga wireless sensor node gaya ng environmental o structural status monitoring application.
Karaniwan, ang enerhiya na nakolekta mula sa mga mapagkukunan ng enerhiya sa kapaligiran tulad ng solar energy, vibration o mga pagkakaiba sa temperatura, ay kailangang epektibong magamit pagkatapos ng paglipat, pagpapalakas, at pansamantalang imbakan. Sa ngayon, dumarami ang bilang ng mga kumpanyang inilunsad ng mga app sa pagkolekta ng enerhiya at mga integrated circuit ng pamamahala ng kuryente. Ngunit ang presyon ay nakaharap, upang matiyak na ang mga aparatong ito ay lubos na pinagsama upang mapadali ang multi-function na operasyon, at ang laki ay dapat na kasing liit hangga't maaari. Walang alinlangan na ang pagkonsumo ng kuryente ng kagamitan mismo ay napakababa.
Ibabalangkas ng artikulong ito ang mga miniaturization na pangangailangan ng mabilis na nasusuot na mga merkado ng electronic equipment at ang mga nauugnay na aplikasyon nito, at tatalakayin kamakailan, ang BQ25570 boost charger na may pinagsamang buck converter, at isang serye ng mga katulad na alternatibo at mga pantulong na bahagi. Ang artikulong ito ay sumangguni sa gabay ng gumagamit ng TI, ipaliwanag kung paano epektibong gamitin ang aparato sa ultracen mababang kapangyarihan, espasyo / limitasyon sa timbang.
Higit pang mga feature Ngayon, ito ay mas lalong naisusuot na mga device na sumusubaybay sa fitness plan upang subaybayan ang kalagayan ng kalusugan at magbigay ng mga kondisyon sa pangangalagang pangkalusugan at magbigay ng mga serbisyong medikal. Tulad ng karamihan sa mga portable na device, ipo-promote ng trend na ito ang pagtaas ng mga function ng kagamitan na inaasahan ng mga consumer. Kung ang GPS device ay isinama sa heart rate monitor, subaybayan ang recording ring number o running route, ang heart rate monitor ay mas papaboran. Sa kasalukuyan, ang modernong naisusuot na kagamitan sa pagsubaybay sa kalusugan ay maaaring subaybayan ang presyon ng dugo, temperatura ng katawan, nilalaman ng oxygen sa dugo, tibok ng puso at aktibidad.
Figure 1: Ang pagkolekta ng enerhiya ay magiging mga pangunahing teknolohiya sa maraming naisusuot na application ng electronic device.
Kaliwa: Ang mga matalinong medyas ng Sensoria, na nilagyan ng mga pressure sensor, ay maaaring makipag-ugnayan sa mga singsing ng paa sa pamamagitan ng Bluetooth upang makatulong na matukoy at mapabuti ang mga postura sa pagtakbo (takong / paa). Maaaring subaybayan ng iba pang mga sensor ang mga tala, bilis, pagkonsumo ng mga calorie, taas, at distansya.
Kanan: Fraunhofer Institute R & D Ang naisusuot na pantulong na kagamitan para sa matatandang grupo ay maaaring magbigay ng isang serye ng mga serbisyong naa-program tulad ng pagkuha ng mga paalala sa droga, pagsubaybay sa kalusugan at mga tawag sa tulong na pang-emergency.
Pinapadali ng wireless na koneksyon ang paglilipat at pag-imbak ng nakolektang data para sa pagsusuri sa ibang pagkakataon. Ang mga wireless sensor network bilang bahagi ng Internet of Things, ay mahalaga sa mga application tulad ng mga matatalinong gusali at pagsubaybay sa kapaligiran, at dapat na i-compile ang data mula sa maraming sensor sa mga application na ito. Dahil dito, dumarami ang pinagsamang sensor, radio frequency circuit, at mas tumpak na microcontroller sa smart watch, biometric monitor, mga produkto ng ID tag, sensor node, at iba pang naisusuot o malayuang application.
Gayunpaman, ang mga naturang multi-function na device ay dapat na paboran, maliban sa makatwirang buhay ng baterya, nangangailangan din ito ng magaan na timbang, maliit na sukat at ginhawa. Gumamit ang mga taga-disenyo ng mga diskarte sa pagkolekta ng enerhiya upang epektibong magamit ang enerhiya sa kapaligiran gaya ng init ng katawan o mga yabag, upang patuloy na mag-charge ang baterya. Sa ilang partikular na device (tulad ng mga implanted device), ang nakolektang enerhiya ay ang tanging pinagmumulan ng enerhiya.
Samakatuwid, ang pagkolekta ng enerhiya ay makikita bilang isang spatial na praktikal na teknolohiya na maaaring magamit na alternatibo sa baterya, at maaaring makamit ang mas maliit na dami ng rechargeable na baterya. Para sa anumang device na pinapagana ng baterya o ng enerhiya na ibinibigay, ang pamamahala ng kuryente ay napakahalaga. Upang matiyak ang pinakamabuting kalagayan na pagganap at mataas na kahusayan ng mga operasyon sa pamamagitan ng mataas na pagkonsumo ng kuryente, kadalasang hindi regular na mga supply ng kuryente, ay nangangailangan ng tiyak na katumpakan at katumpakan. Ilang IC manufacturer ang nag-target sa market na ito, kabilang ang Advanced Linear Devices, Cymbet, Linear Technology, Maxim Integrated, Spansion, StMicroelectronics, at Texas Instruments.
Kung ikukumpara sa lumang henerasyon ng kapangyarihan, ang bagong henerasyon ng mga supply ng kuryente ay mas mataas, ang volume ay mas maliit, at ang power consumption ay mas mababa. Sa teorya, makukuha ng device ang nagreresultang enerhiya, at pagkatapos ay ang conversion at/o boost, at sa wakas ay direktang ibibigay ito sa system o rechargeable energy storage device. Ang ilang disenyo ay maaaring italaga sa isang uri ng energy storage device gaya ng supercapacitor o lithium ion button. Mayroon ding iba pang mga disenyo na sumusuporta sa maramihang mga aparato sa pag-iimbak ng enerhiya. Katulad nito, ang ilang disenyo ay maaaring nakatuon sa isang paraan ng pagkolekta ng enerhiya, at may iba pang mga disenyo na sumusuporta sa maraming anyo ng enerhiya.
Ang dapat pansinin ay ang boltahe ng startup na kinakailangan para sa iba't ibang mga application. Ang ilang mga application ay sinisimulan sa 20 mV, ngunit ang functionality ay maaaring limitado, at ang mga karagdagang pantulong na bahagi ay kinakailangan upang magbigay ng sapat na pamamahala ng kuryente. Ang mga bahagi na may mas mataas na pagsasama ay maaaring may mas maliit na sukat, at ang pangkalahatang static na kasalukuyang ay mas mababa, ngunit ang isang mas mataas na boltahe ng pagsisimula ay maaaring kailanganin upang gawin itong mas nakadepende sa pinakamababang antas ng enerhiya ng imbakan. Napaka-target ng ilang device, na nakatuon sa mga ultra-low power sensor node. Susuportahan ng iba pang mga device ang mas mataas na antas ng boltahe ng input upang matugunan ang mga kinakailangan batay sa kagamitang microcontroller, ngunit para sa mga application sa pagkolekta ng enerhiya, ang mga micro device na ito mismo ay napakababa.
Mahalaga na ang power management IC ay kailangang may sapat na kakayahang umangkop upang mahawakan ang pasulput-sulpot na kapangyarihan at ang enerhiya na nakolekta (kadalasang hindi matatag, at madalas na kinokolekta ang halaga). Dapat itong isaalang-alang sa disenyo ng system, ibig sabihin, sapat na kapasidad ng pag-iimbak ng enerhiya, posible na magbigay ng patuloy na kuryente kapag kinakailangan. Ito ay nakasalalay sa malaking lawak sa dalas ng pagbabasa ng sensor, at sa dami ng paghahatid ng data at sa dalas ng pagpapadala.
Ang mataas na integrasyon ng Texas INSTRUMENTS ay nag-aalok ng iba't ibang ultra low power micro device para sa mga application ng pangongolekta ng enerhiya, kabilang ang mga power management IC, wireless na koneksyon, at microcontroller. Ang pinakabagong BQ25570 ng kumpanya ay isang mataas na pinagsama-samang koleksyon ng enerhiya ng isang femto power management solution. Natutugunan nito ang lahat ng mga pamantayan sa mga diskarte sa pagkolekta ng enerhiya at lahat ng mga pamantayan para sa mga application na pinaghihigpitan ng kuryente.
Ang device ay compact, gamit ang isang 3.5 x 3.5 mm QFN package na may 20 lead, ang ultra-low power static current ay 488 NA (typical value), at ang transport mode ay. 1881.5 NA. Bilang karagdagan, mayroon ding BQ25570EVM evaluation module. Para sa mga detalyadong produkto at impormasyon ng aplikasyon, mangyaring sumangguni sa detalye ng kagamitan at gabay sa gumagamit ng board ng pagsusuri 2.
Ang aparato ay nangangailangan pa rin ng isang panlabas na kapasitor at risistor, ngunit dahil sa mataas na pagsasama, maaari itong mabawasan ang pangangailangan para sa karagdagang kagamitan. Ang apparatus ay perpekto para sa mga wireless sensor network na may matinding kapangyarihan at mga kinakailangan sa pagpapatakbo, na nagpapatupad ng high-energy pulse frequency modulation (PFM) boost charger at femto power buck converter solution. Tingnan ang Figure 2 sa ibaba: Ang apparatus ay maaaring gamitin kasabay ng iba't ibang high impedance energy, kabilang ang photovoltaic (solar), thermoelectric generator (TEG), at AC / DC rectifier at piezoelectric generators. Mula sa cold start state, ang DC / DC boost converter / charger na minimum na boltahe ng device ay 330 mV. Ang hypothesis nito ay batay sa: ang input power supply ay nagbibigay ng hindi bababa sa 5 μW (typical), at ang output ng load converter ay mas mababa sa 1 μA leakage current (kabilang ang storage element leakage current). Gayunpaman, ang boltahe ng output ng boost converter ay umabot sa 1.8 V pagkatapos tumakbo, at ang 100 MV na boltahe na kinakailangan para sa device ay maaaring makuha mula sa pinagmumulan ng pagkolekta ng enerhiya.
Ang buck converter ay unang nakuha mula sa boost converter output upang makakuha ng input power, at pagkatapos ay nagsasagawa ng step-down na proseso, at sa wakas ay nagbibigay ng adjustment voltage para sa output pin. Ang buck converter ay gumagamit ng kontrol ng PFM upang ayusin ang boltahe upang paganahin ito malapit sa halaga na itinakda ng user programmable resistor voltage divider. Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng inductor ay kinokontrol ng panloob na kasalukuyang detection circuit. Mula sa oras ng mode ng paghahatid, ang oras ay halos 100 ms, mula sa standby mode ay nagsisimula nang mas mabilis, ngunit depende ito sa laki ng output capacitor.
Maaaring gamitin ang BQ25570 sa iba't ibang storage device, kabilang ang mga capacitor, supercapacitor, lithium ion na baterya, at iba pang kemikal na baterya. Kapag ang system ay nasa low power o sleep mode, ang collector ay magbibigay ng sapat na elektrikal na enerhiya para ma-charge ang storage element. Kapag ang kolektor ng enerhiya ay hindi gumagana, ang baterya o kapasitor ay dapat magkaroon ng sapat na kapangyarihan upang paganahin ang buong pag-load ng system. Ang isang katumbas na capacitor na 100 μF na elemento ng imbakan ay kinakailangan upang i-filter ang pulse current ng PFM switching charger.
Ayon sa gabay ng gumagamit ng TI, ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng baterya at supercapacitor ay kakaunti ang nasa baterya, at mas mababa pa sa isang tiyak na halaga ng boltahe, at mayroong isang supercapacitor. Kailangang tandaan ng mga taga-disenyo ng system na mayroong isang makabuluhang leakage current, na katumbas ng isang DC load sa output ng boost converter.
Ang Maximum Power Point Tracking (MPPT) ay tumutukoy sa pinakamakapangyarihang enerhiya at pamamahala ng photovoltaic cell (70 hanggang 80%) at TEG (50%). Iba pang mga pag-andar na kinabibilangan ng mga kagamitang pinapagana ng baterya na may mataas na kahusayan sa enerhiya: overvoltage ng baterya at proteksyon sa undervoltage, awtomatikong thermal shutdown ng rechargeable na baterya ng lithium ion. Ang tumpak na pagsubaybay sa katayuan ng baterya ay isa pang mahalagang tampok. Kung ang sistema ay maaaring pumasok sa isang estado ng undervoltage, kinakailangan ding i-trigger ang pag-andar ng pagbagsak ng kasalukuyang pagkarga.
Mga alternatibong kagamitan at pandagdag na kagamitan Ang mga function na BQ25504 at BQ25505 na inilunsad ng Ti ay magkatulad, ngunit ang quiescent current ay mas mababa sa 325 NA. Ang parehong mga aparato ay nilagyan ng autonomous power multi-purpose multiplexer gate driver, sa sandaling nagsimula, na nagpapahintulot sa system na makakuha ng enerhiya mula sa mga mapagkukunan ng pagkolekta ng enerhiya at mga pangunahing baterya, na tinitiyak na ang patuloy na kapangyarihan ay ibinibigay kapag kinakailangan, kahit na ang kolektor ay hindi magagamit. gumana din ng maayos. Ang napakababang static na kasalukuyang ay napakahalaga kapag ang sistema ay naglalaman ng hindi ma-off, upang ang buhay ng baterya ay maaaring pahabain.
Kung problema ang laki at timbang, inirerekomenda ng TI ang BQ25100, na isang linear na charger ng baterya na may mas mababang power, partikular na angkop para sa mga iisang button ng lithium ion. Ang device ay naka-encapsulated ng 0.9 x 1.6 mm WCSP, sumusuporta ng hanggang 30 V input voltage, na nagbibigay-daan sa mabilis na charging current na tumpak na makontrol sa loob ng 10 mA hanggang 250 mA.
Ang mga pantulong na kagamitan na TPS82740A at TPS8274B buck converter module ay sumusuporta sa 200 mA output current, ang conversion efficiency ay kasing taas ng 95%, ang tahimik na kasalukuyang natupok ay 360 NA lamang, at 70 NA ay 70 NA. Ang 6.7 mm2 na pakete ay naglalaman ng switching regulator, isang inductor, at isang I / O capacitor. Sa pamamagitan ng pagsasama ng lahat ng kinakailangang passive device, ang volume ng device ay 75% na mas maliit kaysa sa parehong discrete na solusyon. Ang TPS82740A ay isang ultra-low voltage application, at ang TPS8274B ay may feature na "DCS Control", na angkop para sa power management, gaya ng Ti, para sa, halimbawa, Ti. Serye ng MSP430.
sa konklusyon Upang pumili ng isang portable na aplikasyon ng teknolohiya ng pagkolekta ng enerhiya, piliin ang naaangkop na pamamahala ng kapangyarihan IC, kailangan mong maingat na isaalang-alang ang mga kinakailangan ng kapangyarihan ng system, potensyal na pagbuo ng enerhiya at kapasidad ng imbakan ng enerhiya. Sa mababang dulo ng hanay ng kapangyarihan (tulad ng mga wireless sensor node), o kung napakaliit ng enerhiya na nabuo ng TEG, mas limitado ang pagpili ng device. Kung ang maliit na sukat at magaan ang timbang ay pinakamahusay na priyoridad, pagkatapos ay pumili ng isang mas mataas na pagsasama, tulad ng ilan sa artikulong ito, marahil ang pinakamahusay na solusyon.
Ang aming iba pang mga produkto:
