Dispositivos de recolección de energía añaden la reintroducción de energía para dispositivos

Los dispositivos portátiles, los dispositivos móviles pequeños y cualquier dispositivo que requiera un tiempo de funcionamiento perpetuo pueden beneficiarse de las capacidades de recolección de energía. Esto se puede utilizar para extender la vida útil de la batería o proporcionar una fuente de energía de respaldo útil si se desconecta la energía principal. Las aplicaciones posibles se pueden encontrar en dispositivos IoT, equipos militares, redes de sensores e incluso vehículos autónomos.

Si buscas mantener el tiempo de funcionamiento, cargar/extender baterías o incluso crear una fuente de energía principal, necesitarás elegir entre tres tecnologías principales de recolección de energía. La tecnología adecuada dependerá del entorno donde se desplegará el dispositivo, pero el uso juicioso de estos dispositivos puede proporcionar la energía extra que tu dispositivo necesita.

Métodos de Recolección de Energía para PCBs y Electrónica Pequeña

Al igual que las tecnologías modernas de generación de energía, todos los dispositivos de recolección de energía convierten alguna fuente prevalente de energía en electricidad. En dispositivos electrónicos más pequeños, las tecnologías de recolección de energía más nuevas están diseñadas para convertir energía mecánica, térmica o electromagnética de fondo en energía eléctrica. Esta energía luego se puede usar para cargar una batería, o se puede almacenar en un capacitor.

Cuando se trabaja en un entorno donde las ondas de radio se utilizan para la comunicación entre dispositivos, hay momentos en que esa energía RF extra esencialmente se desperdicia. Usar una antena omnidireccional para la comunicación dispersa la energía RF por todas partes. Los dispositivos que recolectan esta energía extra pueden usarse para extender la vida útil de la batería mientras permanecen móviles.

Si estás trabajando con equipos que producen una cantidad significativa de calor desperdiciado, puedes usar este calor residual para alimentar dispositivos electrónicos explotando el efecto Seebeck. Los generadores termoeléctricos están ampliamente disponibles y son útiles para alimentar electrónica pequeña. La efectividad de estos generadores depende del gradiente de temperatura entre la fuente de calor y el entorno, y esto debe considerarse al elegir el generador termoeléctrico adecuado.

Finalmente, puedes tener un dispositivo que se montará cerca de un sistema que produce alguna vibración mecánica. Puedes convertir esta energía mecánica en energía eléctrica utilizando un generador piezoeléctrico.

Un módulo generador termoeléctrico

Parámetros a Considerar al Elegir Dispositivos de Recolección de Energía

Si planeas incluir un módulo de recolección de energía RF o microondas en tu próximo dispositivo, necesitarás considerar la banda de frecuencia del módulo. La mayoría de los módulos tienen un ancho de banda estrecho y tendrán bajas eficiencias de conversión de energía fuera del ancho de banda definido. Sin embargo, si deseas recolectar en un rango más amplio de frecuencias, puedes usar múltiples módulos con diferentes respuestas de frecuencia. También necesitarás considerar la impedancia de entrada y los requisitos de diseño de la antena receptora para evitar efectos de línea de transmisión y pérdida de alimentación.

Los generadores termoeléctricos tienen un rango de temperatura definido en el cual son más eficientes. Aunque la corriente recolectada de estos dispositivos depende del gradiente de temperatura entre los lados caliente y frío del dispositivo, hay un punto en el que la respuesta eléctrica de estos dispositivos se vuelve no lineal. Exceder la temperatura máxima calificada y el gradiente de temperatura no producirá significativamente más corriente del generador. En cambio, la corriente de salida comenzará a saturarse en algún valor máximo.

Los generadores piezoeléctricos tienen una respuesta no lineal similar una vez que la amplitud de vibración excede un cierto valor. También tienen un ancho de banda de respuesta definido que proporciona la máxima eficiencia de conversión de energía. El entorno vibracional en el que se utilizarán estos dispositivos debe ser examinado cuidadosamente antes de elegir un generador piezoeléctrico. Afortunadamente, el ancho de banda de la mayoría de los módulos de rectificación/regulación piezo es mucho más amplio que el ancho de banda del piezo, por lo que tendrás cierta libertad con el módulo que elijas.

Powercast, P1110B

El P1110B es un módulo que recolecta señales de RF de fondo y las convierte en un voltaje de CC. Este CI montado en superficie tiene una huella pequeña y es ideal para su uso en un PCB pequeño. El receptor puede alcanzar una eficiencia de conversión del 70% en la banda de frecuencia de 902-928 MHz, aunque el módulo aún puede recolectar energía fuera de esta banda.

La potencia de salida se puede utilizar para cargar una batería directamente en lugar de almacenarse en un condensador. Al colocar este módulo en tu PCB, asegúrate de diseñar tu línea de alimentación de RF como un trazo corto de 50 Ohm para asegurar la coincidencia de impedancia y prevenir pérdidas de alimentación. La antena de entrada de RF y la línea de alimentación deben estar aisladas del plano de tierra.

El P1110B convierte la energía de RF en CC y proporciona la energía al elemento de almacenamiento adjunto. Cuando se alcanza un umbral de voltaje ajustable en el elemento de almacenamiento, el P1110B desactiva automáticamente la carga. Un microprocesador se puede utilizar para obtener datos del componente para mejorar la operación general del sistema.

Circuito de aplicación típico de la página 8 de la hoja de datos del P1110B

Linear Technology, LTC3588EDD-1PBF

El LTC3588EDD-1PBF está específicamente diseñado para aplicaciones de recolección y almacenamiento de energía. Este CI compacto funciona como un rectificador y regulador de voltaje para aplicaciones de recolección de energía piezoeléctrica. El LTC3588-1 recolecta energía vibracional ambiental a través de un elemento piezoeléctrico y almacena la salida rectificada con un condensador. Una vibración de mayor frecuencia producirá una corriente mayor, donde las vibraciones moderadas de kHz producirán niveles de corriente de mA.

El LTC3588-1...está diseñado para interfaz directamente con una fuente de energía piezoeléctrica o alternativa de CA, rectificar una forma de onda de voltaje y almacenar la energía recolectada en un condensador externo, desangrar cualquier exceso de energía a través de un regulador de derivación interno, y mantener un voltaje de salida regulado mediante un regulador síncrono de buck de nanopotencia y alta eficiencia.

Encontrado en la página 12 de la hoja de datos del LTC3588EDD-1PBF

Linear Technology, LTC3107

El LTC3107 es un módulo termoeléctrico empaquetado en un CI con un pequeño tamaño. En lugar de alimentar un sistema completo, este CI está diseñado como un extensor de batería. Este módulo recolecta energía usando un generador termoeléctrico y produce corriente adicional, reduciendo así las demandas sobre una batería.

Un pequeño transformador elevador puede ser utilizado para gestionar la entrada de energía de un generador termoeléctrico. Este dispositivo actúa como un colector de carga compacto y regulador de voltaje, todo en un solo paquete. Este CI está calificado para voltajes de batería que van de 2 a 4 V. Ejemplos de aplicaciones típicas incluyen celdas alcalinas, celda de moneda de litio de 3 V, o una batería de Li-SOCl2 de 3.6 V.

El LTC3107 es un convertidor DC/DC elevador de voltaje de entrada ultra-bajo y gestor de energía para extender la vida de la batería de sensores inalámbricos de baja potencia y otras aplicaciones de baja potencia que utilizan una batería primaria. El LTC3107 gestiona inteligentemente la energía recolectada de fuentes como los TEGs (Generadores Termoeléctricos) para servir a la salida mientras minimiza el drenaje de la batería, maximizando así la vida de la batería.

Encontrado en la página 1 de la hoja de datos del LTC3107

Hay un conjunto de dispositivos de recolección de energía que no se han mencionado aquí: fotovoltaicos. El número de componentes fotovoltaicos disponibles para alimentar electrónicos es tan grande que merece más atención de la que se puede proporcionar aquí. Si quieres complementar o reemplazar completamente tu fuente de alimentación de CC, usar una célula fotovoltaica es una excelente opción para alimentar tu próximo dispositivo electrónico.

Puedes mejorar significativamente el tiempo de actividad de tu próximo dispositivo electrónico cuando emparejas el módulo de recolección adecuado con el regulador correcto. Algunas placas de evaluación están disponibles para módulos de recolección de energía, facilitando la construcción de un prototipo para tu próximo producto. Si estás pensando en agregar capacidades de recolección y almacenamiento de energía a tu próximo dispositivo electrónico, puedes encontrar las opciones adecuadas con nuestras recomendaciones de Partes Similares.

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