Energieerntegeräte ermöglichen die Wiedereinführung von Strom für Geräte

Wearable-Geräte, kleine mobile Geräte und jedes Gerät, das eine kontinuierliche Betriebszeit erfordert, können von Energieerntefähigkeiten profitieren. Dies kann verwendet werden, um die Batterielebensdauer zu verlängern oder eine nützliche Backup-Stromquelle bereitzustellen, falls die primäre Stromversorgung getrennt wird. Mögliche Anwendungen finden sich in IoT-Geräten, militärischer Ausrüstung, Sensornetzwerken und sogar autonomen Fahrzeugen.

Wenn Sie darauf abzielen, die Betriebszeit aufrechtzuerhalten, Batterien zu laden/zu erweitern oder sogar eine primäre Stromquelle zu schaffen, müssen Sie zwischen drei primären Energieerntetechnologien wählen. Die richtige Technologie hängt von der Umgebung ab, in der das Gerät eingesetzt wird, aber der umsichtige Einsatz dieser Geräte kann die zusätzliche Energie liefern, die Ihr Gerät benötigt.

Energieerntemethoden für PCBs und kleine Elektronik

Ähnlich wie bei modernen Stromerzeugungstechnologien wandeln alle Energieerntegeräte eine vorherrschende Energiequelle um und konvertieren sie in Elektrizität. Bei kleineren elektronischen Geräten sind die neuesten Energieerntetechnologien darauf ausgelegt, mechanische, thermische oder Hintergrund-Elektromagnetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Diese Energie kann dann verwendet werden, um eine Batterie zu laden, oder sie kann in einem Kondensator gespeichert werden.

Wenn Sie in einer Umgebung arbeiten, in der Radiowellen zur Kommunikation zwischen Geräten verwendet werden, gibt es Zeiten, in denen diese zusätzliche RF-Energie im Grunde verschwendet wird. Die Verwendung einer omnidirektionalen Antenne zur Kommunikation verteilt RF-Energie überall. Geräte, die diese zusätzliche Energie ernten, können verwendet werden, um die Batterielebensdauer zu verlängern und gleichzeitig mobil zu bleiben.

Wenn Sie mit Geräten arbeiten, die eine erhebliche Menge an verschwendeter Wärme produzieren, können Sie diese Abwärme nutzen, um elektronische Geräte mit dem Seebeck-Effekt zu betreiben. Thermoelektrische Generatoren sind weit verbreitet und nützlich für die Stromversorgung kleiner Elektronik. Die Wirksamkeit dieser Generatoren hängt vom Temperaturgradienten zwischen der Wärmequelle und der Umgebung ab, und dies sollte berücksichtigt werden, wenn der richtige thermoelektrische Generator ausgewählt wird.

Schließlich könnten Sie ein Gerät haben, das in der Nähe eines Systems montiert wird, das eine gewisse mechanische Vibration erzeugt. Sie können diese mechanische Energie mit einem piezoelektrischen Generator in elektrische Energie umwandeln.

Ein thermoelektrisches Generator-Modul

Zu berücksichtigende Parameter bei der Auswahl von Energieerntegeräten

Wenn Sie planen, ein RF- oder Mikrowellen-Energieerntemodul in Ihr nächstes Gerät einzubeziehen, müssen Sie die Frequenzbandbreite des Moduls berücksichtigen. Die meisten Module haben eine schmale Bandbreite und werden außerhalb der definierten Bandbreite eine geringe Leistungsumwandlungseffizienz aufweisen. Wenn Sie jedoch über einen breiteren Frequenzbereich ernten möchten, können Sie mehrere Module mit unterschiedlichen Frequenzantworten verwenden. Sie müssen auch die Eingangsimpedanz und die Layoutanforderungen der Empfangsantenne berücksichtigen, um Übertragungsleitungseffekte und Speiseverluste zu vermeiden.

Thermoelektrische Generatoren haben einen definierten Temperaturbereich, in dem sie am effizientesten sind. Obwohl der von diesen Geräten geerntete Strom von dem Temperaturgradienten zwischen der heißen und kalten Seite des Geräts abhängt, gibt es einen Punkt, an dem die elektrische Reaktion dieser Geräte nichtlinear wird. Das Überschreiten der maximalen Temperatur und des Temperaturgradienten führt nicht zu einem signifikant höheren Strom aus dem Generator. Stattdessen wird der Ausgangsstrom bei einem bestimmten maximalen Wert zu sättigen beginnen.

Piezoelektrische Generatoren haben eine ähnliche nichtlineare Reaktion, sobald die Vibrationsamplitude einen bestimmten Wert überschreitet. Sie haben auch eine definierte Antwortbandbreite, die maximale Energieumwandlungseffizienz bietet. Die Vibrationsumgebung, in der diese Geräte verwendet werden, sollte sorgfältig untersucht werden, bevor man sich für einen piezoelektrischen Generator entscheidet. Glücklicherweise ist die Bandbreite der meisten Piezo-Gleichrichtungs-/Regelungsmodule viel breiter als die Bandbreite des Piezos, sodass Sie bei der Auswahl des Moduls einige Freiheiten haben.

Powercast, P1110B

Der P1110B ist ein Modul, das Hintergrund-RF-Signale erntet und in eine Gleichspannung umwandelt. Dieser oberflächenmontierte IC hat einen kleinen Fußabdruck und ist ideal für die Verwendung auf einer kleinen PCB geeignet. Der Empfänger kann eine Umwandlungseffizienz von 70% im Frequenzband von 902-928 MHz erreichen, obwohl das Modul auch außerhalb dieses Bandes Energie ernten kann.

Die Ausgangsleistung kann direkt zum Laden eines Akkus verwendet werden, anstatt in einem Kondensator gespeichert zu werden. Wenn Sie dieses Modul auf Ihrer PCB platzieren, stellen Sie sicher, dass Sie Ihre RF-Zuleitung als kurze 50-Ohm-Leiterbahn entwerfen, um eine Impedanzanpassung zu gewährleisten und Zuführungsverluste zu verhindern. Die RF-Eingangsantenne und die Zuleitung sollten vom Masseplan isoliert sein.

Der P1110B wandelt RF-Energie in Gleichstrom um und versorgt das angeschlossene Speicherelement mit Energie. Wenn ein einstellbarer Spannungsschwellenwert am Speicherelement erreicht wird, deaktiviert der P1110B automatisch das Laden. Ein Mikroprozessor kann verwendet werden, um Daten von der Komponente zu erhalten und den Gesamtbetrieb des Systems zu verbessern.

Typisches Anwendungsschaltbild von Seite 8 des P1110B-Datenblatts

Linear Technology, LTC3588EDD-1PBF

Der LTC3588EDD-1PBF ist speziell für das Sammeln und Speichern von Energie konzipiert. Dieser kompakte IC funktioniert als Gleichrichter und Spannungsregler für piezoelektrische Energieernteanwendungen. Der LTC3588-1 erntet Umgebungsvibrationsenergie durch ein piezoelektrisches Element und speichert die gleichgerichtete Ausgabe mit einem Kondensator. Höhere Frequenzvibrationen erzeugen einen größeren Strom, wobei moderate kHz-Vibrationen mA-Niveaus des Stroms produzieren.

Der LTC3588-1...ist dafür konzipiert, direkt an eine piezoelektrische oder alternative A/C-Stromquelle angeschlossen zu werden, eine Spannungswellenform zu gleichrichten und die geerntete Energie auf einem externen Kondensator zu speichern, überschüssige Energie über einen internen Shunt-Regler abzuleiten und eine geregelte Ausgangsspannung mittels eines nanopower, hocheffizienten, synchronen Abwärtsreglers aufrechtzuerhalten.

Gefunden auf Seite 12 des LTC3588EDD-1PBF Datenblatts

Linear Technology, LTC3107

Der LTC3107 ist ein thermoelektrisches Modul, verpackt in einem IC mit kleinem Formfaktor. Anstatt ein komplettes System zu versorgen, ist dieses IC als Batterieerweiterung konzipiert. Dieses Modul erntet Energie mittels eines thermoelektrischen Generators und gibt zusätzlichen Strom aus, wodurch die Anforderungen an eine Batterie reduziert werden.

Ein kleiner Step-Up-Transformator kann verwendet werden, um die Eingangsleistung von einem thermoelektrischen Generator zu verwalten. Dieses Gerät fungiert wie ein kompakter Ladungssammler und Spannungsregler in einem Paket. Dieses IC ist für Batteriespannungen von 2 bis 4 V ausgelegt. Typische Anwendungsbeispiele umfassen Alkalizellen, 3 V Lithium-Knopfzellen oder eine 3,6 V Li-SOCl2 Batterie.

Der LTC3107 ist ein Ultra-Low-Input-Spannungs-Step-Up-DC/DC-Wandler und Energiemanager zur Verlängerung der Batterielebensdauer von energiearmen drahtlosen Sensoren und anderen energiearmen Anwendungen, die eine Primärbatterie nutzen. Der LTC3107 verwaltet intelligent geerntete Energie von Quellen wie TEGs (Thermo-Elektrische Generatoren), um den Ausgang zu versorgen, während der Batterieverbrauch minimiert wird, wodurch die Batterielebensdauer maximiert wird.

Gefunden auf Seite 1 des LTC3107 Datenblatts

Es gibt eine Reihe von Energieerntegeräten, die hier nicht erwähnt wurden: Photovoltaik. Die Anzahl der verfügbaren photovoltaischen Komponenten zur Stromversorgung von Elektronik ist so groß, dass sie hier mehr Aufmerksamkeit verdient, als geboten werden kann. Wenn Sie Ihre Gleichstromquelle ergänzen oder vollständig ersetzen möchten, ist eine Photovoltaikzelle eine großartige Option, um Ihr nächstes elektronisches Gerät zu betreiben.

Sie können die Betriebszeit Ihres nächsten elektronischen Geräts erheblich verbessern, wenn Sie das richtige Erntemodul mit dem richtigen Regler kombinieren. Einige Evaluierungsboards für Energieerntemodule sind verfügbar, was den Prototypenbau für Ihr nächstes Produkt erleichtert. Wenn Sie darüber nachdenken, Ihrem nächsten elektronischen Gerät Energieernte- und Speicherfähigkeiten hinzuzufügen, können Sie die richtigen Optionen mit unseren Ähnliche Teile-Empfehlungen finden.

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