Energieversameling word hoofsaaklik gesien as 'n kragtoevoermetode vir kragtoevoer na die elektroniese toestelle wat by die kragtoevoer of anders as die battery gevoeg moet word. In baie gevalle het toepassings wat energieversamelings gebruik, dikwels nie genoeg spasie om groot volumes te akkommodeer nie. Tipiese voorbeelde sluit in draagbare tegnologieë soos fiksheidstoerusting en gesondheidsmoniteringstoestelle, sowel as draadlose sensornodusse soos omgewings- of strukturele statusmoniteringtoepassings.
Tipies moet die energie wat van omgewingsenergiebronne soos sonenergie, vibrasie of temperatuurverskille ingesamel word, effektief benut word na oorgang, versterking en tydelike berging. Deesdae neem 'n aantal maatskappye wat deur die energie-insamelingstoepassings en kragbestuur-geïntegreerde stroombane van stapel gestuur is, toenemend toe. Maar die druk word in die gesig gestaar om te verseker dat hierdie toestelle hoogs geïntegreer is om multifunksie-werking te vergemaklik, en die grootte moet so klein as moontlik wees. Daar is geen twyfel dat die kragverbruik van die toerusting self baie laag is nie.
Hierdie artikel sal die miniaturiseringsbehoeftes van vinnig draagbare elektroniese toerustingmarkte en hul verwante toepassings uiteensit, en onlangs bespreek die BQ25570 hupstootlaaier met geïntegreerde bok-omsetters, en 'n reeks soortgelyke alternatiewe en komplementêre komponente. Hierdie artikel sal verwys na die gebruikersgids van TI, verduidelik hoe om die toestel effektief te gebruik om lae krag, spasie / gewig limiet te ultracen.
Meer kenmerke Vandag is dit meer draagbare toestelle wat die fiksheidsplan dop om gesondheidstatus te monitor en gesondheidsorgtoestande te verskaf en mediese dienste te verskaf. Soos die meeste draagbare toestelle, sal hierdie tendens die toename in toerustingfunksies bevorder wat verbruikers verwag. As die GPS-toestel in die hartklopmonitor geïntegreer is, volg die opnameringnommer of hardlooproete, die hartklopmonitor sal meer bevoordeel word. Tans kan moderne draagbare gesondheidsmoniteringstoerusting bloeddruk, liggaamstemperatuur, bloed suurstofinhoud, hartklop en aktiwiteit monitor.
Figuur 1: Energie-insameling sal sleuteltegnologieë in baie draagbare elektroniese toesteltoepassings wees.
Links: Sensoria se slim sokkies, toegerus met druksensors, kan via Bluetooth met die voetringe kommunikeer om hardloophoudings (hak/voet) te help identifiseer en verbeter. Ander sensors kan rekords, spoed, verbruikskalorieë, hoogtes en afstande opspoor.
Regs: Fraunhofer Institute R & D Die draagbare hulptoerusting vir die bejaarde groep kan 'n reeks programmeerbare dienste verskaf soos die neem van dwelmherinnerings, gesondheidsmonitering en noodbystandoproepe.
Draadlose verbinding maak dit maklik om versamelde data oor te dra en te stoor vir latere ontleding. Draadlose sensornetwerke as deel van die Internet van Dinge is noodsaaklik in toepassings soos intelligente geboue en omgewingsmonitering, en data van baie sensors in hierdie toepassings moet saamgestel word. As gevolg hiervan word geïntegreerde sensors, radiofrekwensiekringe en meer presiese mikrobeheerders toenemend in slimhorlosies, biometriese monitor, ID-merkerprodukte, sensornodes en ander draagbare of afgeleë toepassings gebruik.
Sulke multifunksietoestelle moet egter bevoordeel word, behalwe vir redelike batterylewe, dit vereis ook ligte gewig, klein grootte en gemak. Ontwerpers het energieversamelingstegnieke gebruik om omgewingsenergie soos liggaamshitte of voetstappe effektief te benut, sodat die battery aanhou laai. In sekere toestelle (soos ingeplante toestelle), is die versamelde energie die enigste energiebron.
Daarom kan energie-insameling gesien word as 'n ruimtelike praktiese tegnologie wat alternatief vir battery gebruik kan word, en kan 'n kleiner volume herlaaibare battery bereik. Vir enige toestel wat aangedryf word deur die battery of die energie wat voorsien word, is kragbestuur baie belangrik. Om optimale werkverrigting en hoë doeltreffendheid bedrywighede te verseker deur hoë kragverbruik, gewoonlik onreëlmatige kragtoevoer, vereis sekere akkuraatheid en presisie. 'n Aantal IC-vervaardigers het hierdie mark geteiken, insluitend Advanced Linear Devices, Cymbet, Linear Technology, Maxim Integrated, Spansion, StMicroelectronics en Texas Instruments.
In vergelyking met die ou generasie krag, is die nuwe generasie kragbronne hoër, die volume is kleiner en die kragverbruik is laer. In teorie sal die toestel die gevolglike energie kry, en dan omskakeling en / of hupstoot, en dit uiteindelik direk aan die stelsel of herlaaibare energiebergingstoestel verskaf. Sommige ontwerpe kan toegewy word aan 'n tipe energiebergingstoestel soos 'n superkapasitor of 'n litiumioonknoppie. Daar is ook ander ontwerpe wat veelvuldige energiebergingstoestelle ondersteun. Net so kan sommige ontwerpe toegewy wees aan 'n vorm van energieversameling, en daar is ander ontwerpe wat verskeie vorme van energie ondersteun.
'n Fokus om op te let is die opstartspanning wat benodig word vir verskillende toepassings. Sommige toepassings word tot 20 mV begin, maar die funksionaliteit kan beperk wees, en bykomende komplementêre komponente word benodig om voldoende kragbestuur te verskaf. Die komponente met hoër integrasie kan 'n kleiner grootte hê, en die algehele statiese stroom is laer, maar 'n hoër aansitspanning kan nodig wees om dit meer afhanklik te maak van die laagste vlak van bergingsenergie. Sommige toestelle is baie gerig, toegewy aan ultra-lae krag sensor nodes. Ander toestelle sal hoër insetspanningsvlakke ondersteun om te voldoen aan die vereistes gebaseer op mikrobeheerdertoerusting, maar vir energieversamelingstoepassings is hierdie mikrotoestelle self baie laag.
Dit is belangrik dat die kragbestuur-IC buigsaam genoeg moet wees om intermitterende krag en die energie wat ingesamel word te hanteer (dikwels onstabiel, en versamel dikwels die hoeveelheid). Dit moet in ag geneem word in die stelselontwerp, maw genoeg energiebergingskapasiteit, dit is moontlik om konstante elektrisiteit te voorsien wanneer dit nodig is. Dit hang in 'n groot mate af van die sensor se leesfrekwensie, en die transmissiehoeveelheid van die data en die transmissiefrekwensie.
Hoë integrasie Texas INSTRUMENTS bied 'n verskeidenheid ultra-laekrag-mikrotoestelle vir energie-insamelingstoepassings, insluitend kragbestuur-IC's, draadlose verbindings en mikrobeheerders. Die maatskappy se nuutste BQ25570 is 'n hoë-geïntegreerde energieversameling van 'n femto-kragbestuursoplossing. Dit voldoen aan al die standaarde met energieversamelingstegnieke en alle standaarde vir kragbeperkte toepassings.
Die toestel is kompak en gebruik 'n 3.5 x 3.5 mm QFN-pakket van 20 leidings, ultra-lae krag statiese stroom is 488 NA (tipiese waarde), en die vervoermodus is. 1881.5 NA. Daarbenewens is daar ook 'n BQ25570EVM evalueringsmodule. Vir gedetailleerde produkte en toepassingsinligting, verwys asseblief na die toerustingspesifikasie en evalueringsbordgebruikersgids 2.
Die toestel benodig steeds 'n eksterne kapasitor en weerstand, maar as gevolg van hoë integrasie kan dit die behoefte aan bykomende toerusting minimaliseer. Die apparaat is ideaal vir draadlose sensornetwerke met harde krag- en operasionele vereistes, wat hoë-energie pulsfrekwensiemodulasie (PFM) hupstootlaaier en femto power buck-omskakelaaroplossings implementeer. Sien Figuur 2 hieronder: Die apparaat kan saam met 'n verskeidenheid hoë-impedansie-energie gebruik word, insluitend fotovoltaïese (sonkrag), termo-elektriese generator (TEG), en AC / DC gelykrigter en piëzo-elektriese kragopwekkers. Vanaf die koue begin-toestand is die toestel se GS/GS-versterkingomskakelaar/laaier minimum spanning minimum 330 mV. Sy hipotese is gebaseer op: die insetkragtoevoer verskaf minstens 5 μW (tipies), en die las-omsetter-uitset is minder as 1 μA lekstroom (insluitend die stoorelement-lekstroom). Die hupstoot-omsetter-uitsetspanning bereik egter 1.8 V nadat dit gehardloop het, en die 100 MV-spanning wat vir die toestel benodig word, kan van die energieversamelingsbron verkry word.
Die buck-omsetter word eers verkry vanaf die hupstoot-omsetter-uitset om insetkrag te verkry, en voer dan 'n afstapproses uit, en verskaf uiteindelik 'n aanpassingsspanning vir die uitsetpen. Die bok-omskakelaar gebruik PFM-beheer om die spanning aan te pas om dit naby aan die waarde wat deur die gebruiker-programmeerbare weerstandspanningsverdeler gestel is, in staat te stel. Die stroom deur die induktor word beheer deur die interne stroomdetectiekring. Vanaf die tyd van afleweringsmodus is die tyd ongeveer 100 ms, vanaf die bystandsmodus begin vinniger, maar dit hang af van die grootte van die uitsetkapasitor.
BQ25570 kan met 'n verskeidenheid bergingstoestelle gebruik word, insluitend kapasitors, superkapasitors, litiumioonbatterye en ander chemiese batterye. Wanneer die stelsel in lae krag of slaapmodus is, sal die versamelaar voldoende elektriese energie verskaf om die bergingselement te laai. Wanneer die energieversamelaar nie werk nie, moet die battery of kapasitor genoeg krag hê om die hele stelsellading te dryf. 'n Ekwivalente kapasitor 100 μF bergingselement word benodig om die pulsstroom van die PFM-skakellaaier te filter.
Volgens TI se gebruikersgids is die belangrikste verskil tussen die battery en superkapasitor dat daar min in die battery is, en selfs minder as 'n sekere hoeveelheid spanning, en daar is 'n superkapasitor. Stelselontwerpers moet daarop let dat daar 'n beduidende lekstroom is, wat gelykstaande is aan 'n GS-las op die hupstootomskakelaar-uitset.
Maksimum kragpuntnasporing (MPPT) verwys na die kragtigste energie en bestuur van die fotovoltaïese sel (70 tot 80%) en TEG (50%). Ander funksies wat die battery-aangedrewe toerusting hoë energie-doeltreffendheid bestuur sluit in: battery oorspanning en onderspanning beskerming, outomatiese termiese afskakeling van die herlaaibare litium-ioon battery. Akkurate monitering van batterystatus is nog 'n belangrike kenmerk. As die stelsel 'n onderspanningstoestand kan betree, is dit ook nodig om die lasstroomvalfunksie te aktiveer.
Alternatiewe toerusting en aanvullingstoerusting Die BQ25504- en BQ25505-funksies wat deur Ti bekendgestel is, is soortgelyk, maar die russtroom is minder as 325 NA. Albei toestelle is toegerus met 'n outonome krag veeldoelige multiplekserhekdrywer, sodra dit begin is, wat die stelsel toelaat om energie van energieversamelingsbronne en primêre batterye te verkry, om te verseker dat konstante krag verskaf word wanneer nodig, selfs wanneer die versamelaar nie beskikbaar is nie. ook behoorlik werk. Die ultra-lae statiese stroom is baie belangrik wanneer die stelsel bevat nie in staat is om af te skakel nie, sodat die batterylewe verleng kan word.
As die grootte en gewig probleem is, beveel TI BQ25100 aan, wat 'n lineêre batterylaaier met 'n laer krag is, veral geskik vir enkellitiumioonknoppies. Die toestel is ingekapsuleer deur 0.9 x 1.6 mm WCSP, ondersteun tot 30 V insetspanning, wat toelaat dat die vinnige laaistroom akkuraat beheer word binne 10 mA tot 250 mA.
Die komplementêre toerusting TPS82740A en TPS8274B bok-omsettermodules ondersteun 200 mA uitsetstroom, omskakelingsdoeltreffendheid is so hoog as 95%, die russtroom wat verbruik word is slegs 360 NA, en 70 NA is 70 NA. Die 6.7 mm2-pakket bevat 'n skakelreguleerder, 'n induktor en 'n I/O-kapasitor. Deur al die nodige passiewe toestelle te integreer, is die volume van die toestel 75% kleiner as dieselfde diskrete oplossing. Die TPS82740A is 'n ultra-lae spanning toepassing, en die TPS8274B het die "DCS Control" kenmerk, wat geskik is vir kragbestuur, soos Ti, vir byvoorbeeld Ti. MSP430 reeks.
ten slotte Om 'n draagbare toepassing van energie-insamelingstegnologie te kies, kies die toepaslike kragbestuur-IC, moet u die kragvereistes van die stelsel, energieopwekkingspotensiaal en energiebergingskapasiteit noukeurig oorweeg. By lae punte van die kragreeks (soos draadlose sensornodusse), of as die energie wat deur die TEG gegenereer word baie klein is, is die keuse van die toestel meer beperk. As klein grootte en ligte gewig die beste prioriteit is, kies dan 'n hoër integrasie, soos verskeie van hierdie artikel, miskien die beste oplossing.
Ons ander produk:
