La recollida d'energia es considera principalment com un mètode d'alimentació per subministrar energia als dispositius electrònics que s'han d'afegir a la font d'alimentació o diferents de la bateria. En molts casos, les aplicacions que utilitzen col·leccions d'energia sovint no tenen espai suficient per acollir grans volums. Els exemples típics inclouen tecnologies portàtils com ara aparells de fitness i dispositius de control de la salut, així com nodes de sensors sense fil, com ara aplicacions de control de l'estat estructural o ambiental.
Normalment, l'energia recollida de fonts d'energia ambiental, com ara l'energia solar, la vibració o les diferències de temperatura, s'ha d'utilitzar de manera eficaç després de la transició, l'impuls i l'emmagatzematge temporal. Avui en dia, un nombre d'empreses llançades per les aplicacions de recollida d'energia i els circuits integrats de gestió de l'energia augmenten cada cop més. Però la pressió s'enfronta, per garantir que aquests dispositius estiguin altament integrats per facilitar el funcionament multifunció, i la mida hauria de ser el més petita possible. No hi ha dubte que el consum d'energia del propi equip és molt baix.
Aquest article descriurà les necessitats de miniaturització dels mercats d'equips electrònics que es poden portar ràpidament i les seves aplicacions relacionades, i discutirà recentment el carregador boost BQ25570 amb convertidors buck integrats i una sèrie d'alternatives similars i components complementaris. Aquest article es referirà a la guia de l'usuari de TI, explicarà com utilitzar el dispositiu amb eficàcia per ultracen baix consum, límit d'espai / pes.
Més funcions Avui en dia, cada vegada són més els dispositius portàtils els que fan un seguiment del pla de fitness per controlar l'estat de salut i proporcionar condicions d'assistència sanitària i proporcionar serveis mèdics. Com la majoria dels dispositius portàtils, aquesta tendència promourà l'augment de les funcions de l'equip que esperen els consumidors. Si el dispositiu GPS està integrat al monitor de freqüència cardíaca, feu un seguiment del número de l'anell de gravació o de la ruta en curs, el monitor de freqüència cardíaca serà més afavorit. Actualment, els equips moderns de control de la salut portàtils poden controlar la pressió arterial, la temperatura corporal, el contingut d'oxigen en sang, la freqüència cardíaca i l'activitat.
Figura 1: La recollida d'energia serà tecnologies clau en moltes aplicacions de dispositius electrònics portàtils.
Esquerra: els mitjons intel·ligents de Sensoria, equipats amb sensors de pressió, es poden comunicar amb els anells del peu mitjançant Bluetooth per ajudar a identificar i millorar les postures de carrera (taló/peu). Altres sensors poden fer un seguiment dels registres, la velocitat, les calories consumides, les altures i les distàncies.
Dreta: Fraunhofer Institute R+D Els equips auxiliars portàtils per a gent gran poden oferir una sèrie de serveis programables com ara recordatoris de drogues, vigilància de la salut i trucades d'assistència d'emergència.
La connexió sense fil facilita la transferència i l'emmagatzematge de les dades recopilades per a una anàlisi posterior. Les xarxes de sensors sense fil com a part de l'Internet de les coses, són essencials en aplicacions com ara edificis intel·ligents i monitorització ambiental, i s'han de recopilar dades de molts sensors d'aquestes aplicacions. A causa d'això, els sensors integrats, els circuits de radiofreqüència i els microcontroladors més precisos són cada cop més utilitzats en rellotges intel·ligents, monitors biomètrics, productes d'etiquetes d'identificació, nodes de sensors i altres aplicacions portàtils o remotes.
No obstant això, s'han d'afavorir aquests dispositius multifunció, excepte per una durada raonable de la bateria, també requereix un pes lleuger, una mida petita i una comoditat. Els dissenyadors han utilitzat tècniques de recollida d'energia per utilitzar eficaçment l'energia ambiental, com ara la calor corporal o els passos, perquè la bateria continuï carregant-se. En determinats dispositius (com els dispositius implantats), l'energia recollida és l'única font d'energia.
Per tant, la recollida d'energia es pot veure com una tecnologia pràctica espacial que es pot utilitzar alternativa a la bateria i pot aconseguir un volum menor de bateria recarregable. Per a qualsevol dispositiu alimentat per la bateria o l'energia subministrada, la gestió de l'energia és molt important. Per garantir un rendiment òptim i operacions d'alta eficiència mitjançant un alt consum d'energia, normalment fonts d'alimentació irregulars, requereix certa precisió i precisió. Diversos fabricants de circuits integrats s'han orientat a aquest mercat, inclosos Advanced Linear Devices, Cymbet, Linear Technology, Maxim Integrated, Spansion, StMicroelectronics i Texas Instruments.
En comparació amb l'antiga generació d'energia, la nova generació de fonts d'alimentació és més alta, el volum és menor i el consum d'energia és menor. En teoria, el dispositiu obtindrà l'energia resultant, i després la convertirà i/o augmentarà, i finalment la subministrarà directament al sistema o al dispositiu d'emmagatzematge d'energia recarregable. Alguns dissenys es poden dedicar a un tipus de dispositiu d'emmagatzematge d'energia, com ara un supercondensador o un botó d'ions de liti. També hi ha altres dissenys que admeten múltiples dispositius d'emmagatzematge d'energia. De la mateixa manera, alguns dissenys poden estar dedicats a una forma de recollida d'energia, i hi ha altres dissenys que admeten múltiples formes d'energia.
Un focus a destacar és la tensió d'arrencada necessària per a diferents aplicacions. Algunes aplicacions s'inicien a 20 mV, però la funcionalitat pot ser limitada i es requereixen components complementaris addicionals per proporcionar una gestió d'energia suficient. Els components amb una integració més alta poden tenir una mida més petita i el corrent estàtic global és menor, però pot ser que es requereixi una tensió d'arrencada més alta perquè sigui més dependent del nivell més baix d'energia d'emmagatzematge. Alguns dispositius estan molt orientats, dedicats a nodes de sensor de potència ultra baixa. Altres dispositius admetran nivells de tensió d'entrada més alts per complir els requisits basats en equips de microcontroladors, però per a aplicacions de recollida d'energia, aquests microdispositius en si són molt baixos.
És important que l'IC de gestió d'energia hagi de ser prou flexible per gestionar l'energia intermitent i l'energia recollida (sovint inestable i sovint recaptant la quantitat). Això s'ha de tenir en compte en el disseny del sistema, és a dir, suficient capacitat d'emmagatzematge d'energia, és possible proporcionar electricitat constant quan sigui necessari. Això depèn en gran mesura de la freqüència de lectura del sensor i de la quantitat de transmissió de les dades i de la freqüència de transmissió.
Texas INSTRUMENTS d'alta integració ofereix una varietat de microdispositius d'ultra baixa potència per a aplicacions de recollida d'energia, inclosos circuits integrats de gestió d'energia, connexions sense fil i microcontroladors. L'últim BQ25570 de la companyia és una col·lecció d'energia integrada d'una solució de gestió d'energia femto. Compleix amb tots els estàndards amb tècniques de recollida d'energia i tots els estàndards per a aplicacions de potència restringida.
El dispositiu és compacte, utilitza un paquet QFN de 3.5 x 3.5 mm de 20 cables, el corrent estàtic de potència ultra baixa és de 488 NA (valor típic) i el mode de transport és. 1881.5 NA. A més, també hi ha un mòdul d'avaluació BQ25570EVM. Per obtenir informació detallada sobre productes i aplicacions, consulteu la guia d'usuari de la placa d'avaluació i especificacions de l'equip 2.
El dispositiu encara requereix un condensador i una resistència externs, però a causa de l'alta integració, pot minimitzar la necessitat d'equips addicionals. L'aparell és ideal per a xarxes de sensors sense fil amb requisits operatius i de potència durs, implementant un carregador d'augment de modulació de freqüència de pols d'alta energia (PFM) i solucions de convertidor femto power Buck. Vegeu la figura 2 a continuació: l'aparell es pot utilitzar juntament amb una varietat d'energia d'alta impedància, com ara fotovoltaica (solar), generador termoelèctric (TEG) i rectificador AC/DC i generadors piezoelèctrics. Des de l'estat d'arrencada en fred, la tensió mínima mínima del carregador/convertidor DC/DC del dispositiu és de 330 mV. La seva hipòtesi es basa en: la font d'alimentació d'entrada proporciona almenys 5 μW (típica) i la sortida del convertidor de càrrega és inferior a 1 μA de corrent de fuga (incloent el corrent de fuga de l'element d'emmagatzematge). No obstant això, la tensió de sortida del convertidor d'augment arriba a 1.8 V després de funcionar, i la tensió de 100 MV necessària per al dispositiu es pot obtenir des de la font de recollida d'energia.
El convertidor buck s'obté primer a partir de la sortida del convertidor boost per obtenir potència d'entrada, i després realitza un procés de reducció i, finalment, proporciona una tensió d'ajust per al pin de sortida. El convertidor buck utilitza el control PFM per ajustar la tensió per permetre'l a prop del valor establert pel divisor de tensió de resistència programable per l'usuari. El corrent a través de l'inductor està controlat pel circuit intern de detecció de corrent. Des del moment del mode de lliurament, el temps és d'uns 100 ms, des del mode d'espera comença més ràpid, però això depèn de la mida del condensador de sortida.
El BQ25570 es pot utilitzar amb una varietat de dispositius d'emmagatzematge, com ara condensadors, supercondensadors, bateries d'ions de liti i altres bateries químiques. Quan el sistema està en mode de repòs o de baixa potència, el col·lector proporcionarà energia elèctrica suficient per carregar l'element d'emmagatzematge. Quan el col·lector d'energia no funciona, la bateria o el condensador ha de tenir prou potència per alimentar tota la càrrega del sistema. Es requereix un element d'emmagatzematge d'un condensador equivalent de 100 μF per filtrar el corrent de pols del carregador de commutació PFM.
Segons la guia d'usuari de TI, la diferència principal entre la bateria i el supercondensador és que hi ha pocs a la bateria, i fins i tot menys d'una certa quantitat de tensió, i hi ha un supercondensador. Els dissenyadors de sistemes han de tenir en compte que hi ha un corrent de fuga important, que és equivalent a una càrrega de CC a la sortida del convertidor de reforç.
Maximum Power Point Tracking (MPPT) fa referència a l'energia i gestió més potent de la cèl·lula fotovoltaica (70 a 80%) i TEG (50%). Altres funcions que inclou la gestió d'alta eficiència energètica d'equips alimentats per bateries: protecció contra sobretensió i baixa tensió de la bateria, apagada tèrmica automàtica de la bateria recarregable d'ions de liti. El seguiment precís de l'estat de la bateria és una altra característica important. Si el sistema pot entrar en un estat de baixa tensió, també és necessari activar la funció de caiguda de corrent de càrrega.
Equips alternatius i equips complementaris Les funcions BQ25504 i BQ25505 llançades per Ti són similars, però el corrent de repòs és inferior a 325 NA. Ambdós dispositius estan equipats amb un controlador de porta multiplexador multiusos d'alimentació autònoma, un cop engegat, que permet al sistema obtenir energia de fonts de captació d'energia i bateries primàries, assegurant que es proporcioni una potència constant quan sigui necessari, fins i tot quan el col·lector no estigui disponible. també funcionen correctament. El corrent estàtic ultra baix és molt important quan el sistema no es pot apagar, de manera que es pot allargar la vida de la bateria.
Si la mida i el pes són problemes, TI recomana BQ25100, que és un carregador de bateries lineal amb una potència menor, especialment adequat per a botons d'ions de liti individuals. El dispositiu està encapsulat per 0.9 x 1.6 mm WCSP, admet una tensió d'entrada de fins a 30 V, permetent que el corrent de càrrega ràpida es controli amb precisió entre 10 mA i 250 mA.
Els mòduls convertidors buck TPS82740A i TPS8274B d'equips complementaris admeten un corrent de sortida de 200 mA, l'eficiència de conversió és de fins al 95%, el corrent de repòs consumit només és de 360 NA i 70 NA és de 70 NA. El paquet de 6.7 mm2 conté un regulador de commutació, un inductor i un condensador d'E/S. En integrar tots els dispositius passius necessaris, el volum del dispositiu és un 75% més petit que la mateixa solució discreta. El TPS82740A és una aplicació de tensió ultra baixa i el TPS8274B té la funció "DCS Control", que és adequada per a la gestió de l'energia, com ara Ti, per exemple, Ti. Sèrie MSP430.
en conclusió Per seleccionar una aplicació portàtil de tecnologia de recollida d'energia, seleccioneu l'IC de gestió d'energia adequat, heu de considerar acuradament els requisits d'energia del sistema, el potencial de generació d'energia i la capacitat d'emmagatzematge d'energia. Als extrems baixos del rang de potència (com ara els nodes de sensors sense fil) o si l'energia generada pel TEG és molt petita, la selecció del dispositiu és més limitada. Si la mida petita i el pes lleuger són la millor prioritat, seleccioneu una integració més alta, com ara alguns d'aquest article, potser la millor solució.
El nostre altre producte:
