Mbledhja e energjisë shihet kryesisht si një metodë e furnizimit me energji elektrike për furnizimin me energji të pajisjeve elektronike që duhet të shtohen në furnizimin me energji elektrike ose përveç baterisë. Në shumë raste, aplikacionet që përdorin koleksionet e energjisë shpesh nuk kanë hapësirë të mjaftueshme për të akomoduar vëllime të mëdha. Shembujt tipikë përfshijnë teknologjitë e veshjes, të tilla si pajisjet e fitnesit dhe pajisjet e monitorimit të shëndetit, si dhe nyjet e sensorëve me valë, të tilla si aplikacionet e monitorimit të gjendjes mjedisore ose strukturore.
Në mënyrë tipike, energjia e mbledhur nga burimet e energjisë mjedisore si energjia diellore, dridhjet ose ndryshimet e temperaturës, duhet të përdoret në mënyrë efektive pas tranzicionit, rritjes dhe ruajtjes së përkohshme. Në ditët e sotme, një numër kompanish të lançuara nga aplikacionet e grumbullimit të energjisë dhe qarqet e integruara të menaxhimit të energjisë po rriten gjithnjë e më shumë. Por presioni po përballet, për të siguruar që këto pajisje të jenë shumë të integruara për të lehtësuar funksionimin me shumë funksione dhe madhësia duhet të jetë sa më e vogël. Nuk ka dyshim se konsumi i energjisë i vetë pajisjeve është shumë i ulët.
Ky artikull do të përshkruajë nevojat për miniaturë të tregjeve të pajisjeve elektronike që vishen shpejt dhe aplikimet e tyre, dhe do të diskutojë së fundmi, karikuesin përforcues BQ25570 me konvertues të integruar buck, dhe një seri alternativash të ngjashme dhe përbërësish plotësues. Ky artikull do t'i referohet udhëzuesit të përdorimit të TI, do të shpjegojë se si ta përdorni në mënyrë efektive pajisjen për të ultracenuar kufirin e fuqisë së ulët, hapësirës / peshës.
Më shumë veçori Sot, janë gjithnjë e më shumë pajisje të veshura që ndjekin planin e fitnesit për të monitoruar gjendjen shëndetësore dhe për të ofruar kushte të kujdesit shëndetësor dhe për të ofruar shërbime mjekësore. Ashtu si shumica e pajisjeve portative, ky trend do të nxisë rritjen e funksioneve të pajisjeve me konsumatorët që presin. Nëse pajisja GPS është e integruar në monitorin e rrahjeve të zemrës, gjurmoni numrin e ziles së regjistrimit ose rrugën e vrapimit, monitoruesi i rrahjeve të zemrës do të favorizohet më shumë. Aktualisht, pajisjet moderne të monitorimit të shëndetit të veshur mund të monitorojnë presionin e gjakut, temperaturën e trupit, përmbajtjen e oksigjenit në gjak, rrahjet e zemrës dhe aktivitetin.
Figura 1: Mbledhja e energjisë do të jetë teknologji kyçe në shumë aplikacione të pajisjeve elektronike të veshura.
Majtas: Çorapet inteligjente të Sensoria, të pajisura me sensorë presioni, mund të komunikojnë me unazat e këmbëve nëpërmjet Bluetooth për të ndihmuar në identifikimin dhe përmirësimin e qëndrimeve të vrapimit (thembra / këmbë). Sensorë të tjerë mund të gjurmojnë të dhënat, shpejtësinë, konsumin e kalorive, lartësitë dhe distancat.
Djathtas: Instituti Fraunhofer R & D Pajisjet ndihmëse të veshjes për grupin e të moshuarve mund të ofrojnë një sërë shërbimesh të programueshme, të tilla si marrja e kujtuesve të drogës, monitorimi i shëndetit dhe thirrjet e ndihmës emergjente.
Lidhja me valë e bën të lehtë transferimin dhe ruajtjen e të dhënave të mbledhura për analiza të mëvonshme. Rrjetet e sensorëve pa tela si pjesë e Internetit të Gjërave, janë thelbësore në aplikacione të tilla si ndërtesat inteligjente dhe monitorimi i mjedisit, dhe të dhënat nga shumë sensorë në këto aplikacione duhet të përpilohen. Për shkak të kësaj, sensorë të integruar, qarqe të frekuencave të radios dhe mikrokontrollues më të saktë gjithnjë e më shumë në orën inteligjente, monitorin biometrik, produktet e etiketave ID, nyjet e sensorëve dhe aplikacione të tjera të veshur ose në distancë.
Megjithatë, pajisje të tilla me shumë funksione duhet të favorizohen, përveç jetëgjatësisë së arsyeshme të baterisë, ajo gjithashtu kërkon peshë të lehtë, madhësi të vogël dhe rehati. Dizajnerët kanë përdorur teknika të grumbullimit të energjisë për të përdorur në mënyrë efektive energjinë mjedisore si nxehtësia e trupit ose hapat, në mënyrë që bateria të vazhdojë të ngarkohet. Në pajisje të caktuara (të tilla si pajisjet e implantuara), energjia e mbledhur është burimi i vetëm i energjisë.
Prandaj, mbledhja e energjisë mund të shihet si një teknologji praktike hapësinore që mund të përdoret alternativë ndaj baterisë dhe mund të arrijë një vëllim më të vogël të baterisë së rikarikueshme. Për çdo pajisje që mundësohet nga bateria ose energjia e furnizuar, menaxhimi i energjisë është shumë i rëndësishëm. Për të siguruar performancë optimale dhe operacione me efikasitet të lartë nga konsumi i lartë i energjisë, zakonisht furnizimet me energji të parregullt, kërkon saktësi dhe saktësi të caktuar. Një numër prodhuesish IC kanë synuar këtë treg, duke përfshirë Pajisjet Lineare të Avancuara, Cymbet, Teknologjinë Linear, Maxim Integrated, Spansion, StMicroelectronics dhe Texas Instruments.
Krahasuar me gjeneratën e vjetër të energjisë, gjenerata e re e furnizimit me energji është më e lartë, vëllimi është më i vogël dhe konsumi i energjisë është më i ulët. Në teori, pajisja do të marrë energjinë që rezulton, dhe më pas do të konvertohet dhe/ose do të përmirësohet, dhe në fund do ta furnizojë atë drejtpërdrejt në sistemin ose pajisjen e ruajtjes së energjisë së rikarikueshme. Disa dizajne mund t'i dedikohen një lloji të pajisjes së ruajtjes së energjisë si një superkondensator ose një buton jon litium. Ekzistojnë gjithashtu modele të tjera që mbështesin pajisje të shumta të ruajtjes së energjisë. Në mënyrë të ngjashme, disa dizajne mund t'i dedikohen një forme të grumbullimit të energjisë, dhe ka modele të tjera që mbështesin forma të shumta të energjisë.
Një fokus për t'u theksuar është voltazhi i nisjes që kërkohet për aplikacione të ndryshme. Disa aplikacione janë nisur në 20 mV, por funksionaliteti mund të jetë i kufizuar dhe nevojiten komponentë shtesë plotësues për të siguruar menaxhim të mjaftueshëm të energjisë. Komponentët me integrim më të lartë mund të kenë një madhësi më të vogël dhe rryma e përgjithshme statike është më e ulët, por mund të kërkohet një tension më i lartë i fillimit për ta bërë atë më të varur nga niveli më i ulët i energjisë së ruajtjes. Disa pajisje janë shumë të synuara, të dedikuara për nyjet e sensorëve me fuqi ultra të ulët. Pajisjet e tjera do të mbështesin nivele më të larta të tensionit të hyrjes për të përmbushur kërkesat e bazuara në pajisjet e mikrokontrolluesve, por për aplikimet e grumbullimit të energjisë, vetë këto mikro pajisje janë shumë të ulëta.
Është e rëndësishme që IC-ja e menaxhimit të energjisë duhet të jetë mjaft fleksibël për të trajtuar energjinë me ndërprerje dhe energjinë e grumbulluar (shpesh e paqëndrueshme dhe shpesh duke mbledhur sasinë). Kjo duhet të merret parasysh në projektimin e sistemit, dmth. kapacitet të mjaftueshëm të ruajtjes së energjisë, është e mundur të sigurohet energji elektrike konstante kur nevojitet. Kjo varet në një masë të madhe nga frekuenca e leximit të sensorit, sasia e transmetimit të të dhënave dhe frekuenca e transmetimit.
Teksas INSTRUMENTS me integrim të lartë ofron një shumëllojshmëri mikro-pajisjesh me fuqi ultra të ulët për aplikime të grumbullimit të energjisë, duke përfshirë IC-të e menaxhimit të energjisë, lidhjet me valë dhe mikrokontrolluesit. BQ25570 më i fundit i kompanisë është një koleksion energjie i integruar i lartë i një zgjidhjeje të menaxhimit të energjisë femto. Ai plotëson të gjitha standardet me teknikat e grumbullimit të energjisë dhe të gjitha standardet për aplikime me fuqi të kufizuar.
Pajisja është kompakte, duke përdorur një paketë QFN 3.5 x 3.5 mm me 20 priza, rryma statike me fuqi ultra të ulët është 488 NA (vlera tipike) dhe mënyra e transportit është. 1881.5 NA. Përveç kësaj, ekziston edhe një modul vlerësimi BQ25570EVM. Për produktet dhe informacionin e detajuar të aplikimit, ju lutemi referojuni udhëzuesit të përdorimit të specifikimeve të pajisjeve dhe bordit të vlerësimit 2.
Pajisja ende kërkon një kondensator dhe rezistencë të jashtme, por për shkak të integrimit të lartë, mund të minimizojë nevojën për pajisje shtesë. Aparati është ideal për rrjetet e sensorëve pa tel me kërkesa të ashpra për fuqinë dhe funksionimin, duke zbatuar zgjidhje të ngarkuesit përforcues të modulimit të frekuencës së pulsit me energji të lartë (PFM) dhe të konvertuesit të fuqisë femto. Shih Figurën 2 më poshtë: Aparati mund të përdoret në lidhje me një shumëllojshmëri energjish me rezistencë të lartë, duke përfshirë fotovoltaik (solar), gjenerator termoelektrik (TEG) dhe ndreqës AC/DC dhe gjeneratorë piezoelektrikë. Nga gjendja e fillimit të ftohtë, minimumi i tensionit të konvertuesit DC/DC përforcues/karikues i pajisjes është 330 mV. Hipoteza e saj bazohet në: furnizimi me energji në hyrje siguron të paktën 5 μW (tipike) dhe dalja e konvertuesit të ngarkesës është më pak se 1 μA rrymë rrjedhjeje (duke përfshirë rrymën e rrjedhjes së elementit të ruajtjes). Megjithatë, voltazhi i daljes së konvertuesit përforcues arrin 1.8 V pas funksionimit dhe voltazhi 100 MV i kërkuar për pajisjen mund të merret nga burimi i grumbullimit të energjisë.
Konvertuesi buck fillimisht merret nga dalja e konvertuesit përforcues për të marrë fuqinë hyrëse, dhe më pas kryen një proces të uljes dhe më në fund siguron një tension rregullues për pinin e daljes. Konvertuesi buck përdor kontrollin PFM për të rregulluar tensionin për ta mundësuar atë afër vlerës së caktuar nga ndarësi i tensionit i rezistencës së programueshme nga përdoruesi. Rryma përmes induktorit kontrollohet nga qarku i zbulimit të rrymës së brendshme. Nga koha e modalitetit të dorëzimit, koha është rreth 100 ms, nga modaliteti i gatishmërisë fillon më shpejt, por kjo varet nga madhësia e kondensatorit të daljes.
BQ25570 mund të përdoret me një sërë pajisjesh ruajtëse, duke përfshirë kondensatorët, superkondensatorët, bateritë me jon litium dhe bateri të tjera kimike. Kur sistemi është në modalitetin e fuqisë së ulët ose të fjetjes, kolektori do të sigurojë energji të mjaftueshme elektrike për të ngarkuar elementin e ruajtjes. Kur kolektori i energjisë nuk funksionon, bateria ose kondensatori duhet të ketë fuqi të mjaftueshme për të fuqizuar të gjithë ngarkesën e sistemit. Kërkohet një element ruajtës ekuivalent me kondensator 100 μF për të filtruar rrymën e pulsit të ngarkuesit kalues PFM.
Sipas udhëzuesit të përdorimit të TI, ndryshimi kryesor midis baterisë dhe superkondensatorit është se ka pak në bateri, madje edhe më pak se një sasi e caktuar tensioni, dhe ka një superkondensator. Dizajnerët e sistemit duhet të kenë parasysh se ka një rrymë rrjedhjeje të konsiderueshme, e cila është ekuivalente me një ngarkesë DC në daljen e konvertuesit përforcues.
Ndjekja maksimale e pikës së fuqisë (MPPT) i referohet energjisë dhe menaxhimit më të fuqishëm të qelizës fotovoltaike (70 deri në 80%) dhe TEG (50%). Funksione të tjera që pajisjet me energji baterie menaxhimi i efikasitetit të lartë të energjisë përfshijnë: mbrojtje nga mbitensioni dhe nëntensioni i baterisë, mbyllja termike automatike e baterisë së ringarkueshme me jon litium. Monitorimi i saktë i statusit të baterisë është një tjetër veçori e rëndësishme. Nëse sistemi mund të hyjë në një gjendje nëntensioni, është gjithashtu e nevojshme të aktivizohet funksioni i rënies së rrymës së ngarkesës.
Pajisjet alternative dhe pajisjet shtesë Funksionet BQ25504 dhe BQ25505 të lëshuara nga Ti janë të ngjashme, por rryma e qetë është më pak se 325 NA. Të dyja pajisjet janë të pajisura me një shtytës autonome multifunksionale të portës së shumëfishtë me energji, pasi të jetë nisur, duke e lejuar sistemin të marrë energji nga burimet e grumbullimit të energjisë dhe bateritë parësore, duke siguruar që të sigurohet energji konstante kur nevojitet, edhe kur kolektori nuk është i disponueshëm. gjithashtu funksionojnë siç duhet. Rryma statike ultra e ulët është shumë e rëndësishme kur sistemi nuk mund të fiket, në mënyrë që jetëgjatësia e baterisë të mund të zgjatet.
Nëse madhësia dhe pesha janë problematike, TI rekomandon BQ25100, i cili është një karikues linear i baterisë me një fuqi më të ulët, veçanërisht i përshtatshëm për butona të vetëm litium-jon. Pajisja është e kapsuluar nga 0.9 x 1.6 mm WCSP, mbështet tensionin hyrës deri në 30 V, duke lejuar që rryma e karikimit të shpejtë të kontrollohet me saktësi brenda 10 mA deri në 250 mA.
Pajisjet plotësuese TPS82740A dhe modulet e konvertuesit buck TPS8274B mbështesin rrymë dalëse 200 mA, efikasiteti i konvertimit është deri në 95%, rryma qetësuese e konsumuar është vetëm 360 NA dhe 70 NA është 70 NA. Paketa 6.7 mm2 përmban një rregullator komutues, një induktor dhe një kondensator I/O. Duke integruar të gjitha pajisjet e nevojshme pasive, vëllimi i pajisjes është 75% më i vogël se e njëjta zgjidhje diskrete. TPS82740A është një aplikacion me tension ultra të ulët dhe TPS8274B ka veçorinë "DCS Control", e cila është e përshtatshme për menaxhimin e energjisë, si Ti, për shembull, Ti. Seria MSP430.
në përfundim Për të zgjedhur një aplikim portativ të teknologjisë së grumbullimit të energjisë, zgjidhni IC-në e duhur të menaxhimit të energjisë, duhet të merrni parasysh me kujdes kërkesat për energji të sistemit, potencialin e gjenerimit të energjisë dhe kapacitetin e ruajtjes së energjisë. Në skajet e ulëta të diapazonit të energjisë (siç janë nyjet e sensorëve me valë), ose nëse energjia e gjeneruar nga TEG është shumë e vogël, zgjedhja e pajisjes është më e kufizuar. Nëse madhësia e vogël dhe pesha e lehtë janë përparësia më e mirë, atëherë zgjidhni një integrim më të lartë, si disa nga ky artikull, ndoshta zgjidhja më e mirë.
Produkti ynë të tjera:
