Les dispositifs de récupération d'énergie ajoutent la réintroduction de l'énergie pour les appareils

Les dispositifs portables, les petits appareils mobiles et tout appareil nécessitant une disponibilité permanente peuvent bénéficier des capacités de récupération d'énergie. Cela peut être utilisé pour prolonger la durée de vie de la batterie ou fournir une source d'alimentation de secours utile si l'alimentation principale est déconnectée. Des applications possibles peuvent être trouvées dans les dispositifs IoT, l'équipement militaire, les réseaux de capteurs et même les véhicules autonomes.

Si vous cherchez à maintenir la disponibilité, à charger/prolonger les batteries, ou même à créer une source d'alimentation principale, vous devrez choisir entre trois technologies principales de récupération d'énergie. La technologie appropriée dépendra de l'environnement où l'appareil sera déployé, mais l'utilisation judicieuse de ces dispositifs peut fournir l'énergie supplémentaire dont votre appareil a besoin.

Méthodes de récupération d'énergie pour les PCB et les petits appareils électroniques

Tout comme les technologies modernes de génération d'énergie, tous les dispositifs de récupération d'énergie convertissent une source d'énergie prévalente en électricité. Dans les petits appareils électroniques, les technologies de récupération d'énergie les plus récentes sont conçues pour convertir l'énergie mécanique, thermique ou électromagnétique ambiante en énergie électrique. Cette énergie peut ensuite être utilisée pour charger une batterie, ou elle peut être stockée dans un condensateur.

Lorsque vous travaillez dans un environnement où les ondes radio sont utilisées pour la communication entre les appareils, il y a des moments où cette énergie RF supplémentaire est essentiellement gaspillée. L'utilisation d'une antenne omnidirectionnelle pour la communication disperse l'énergie RF partout. Les dispositifs qui récupèrent cette énergie supplémentaire peuvent être utilisés pour prolonger la durée de vie de la batterie tout en restant mobiles.

Si vous travaillez avec un équipement qui produit une quantité significative de chaleur perdue, vous pouvez utiliser cette chaleur perdue pour alimenter des dispositifs électroniques en exploitant l'effet Seebeck. Les générateurs thermoélectriques sont largement disponibles et sont utiles pour alimenter de petits appareils électroniques. L'efficacité de ces générateurs dépend du gradient de température entre la source de chaleur et les environs, et cela devrait être pris en compte lors du choix du bon générateur thermoélectrique.

Enfin, vous pourriez avoir un dispositif qui sera monté près d'un système qui produit des vibrations mécaniques. Vous pouvez convertir cette énergie mécanique en énergie électrique en utilisant un générateur piézoélectrique.

Un module de générateur thermoélectrique

Paramètres à considérer lors du choix des dispositifs de récupération d'énergie

Si vous prévoyez d'inclure un module de récupération d'énergie RF ou micro-ondes dans votre prochain appareil, vous devrez considérer la bande de fréquence du module. La plupart des modules ont une bande passante étroite et auront des efficacités de conversion de puissance faibles en dehors de la bande passante définie. Cependant, si vous souhaitez récupérer sur une gamme plus large de fréquences, vous pouvez utiliser plusieurs modules avec différentes réponses en fréquence. Vous devrez également prendre en compte l'impédance d'entrée et les exigences de disposition de l'antenne réceptrice afin d'éviter les effets de ligne de transmission et la perte d'alimentation.

Les générateurs thermoélectriques ont une plage de température définie à laquelle ils sont les plus efficaces. Bien que le courant récolté de ces dispositifs dépende du gradient de température entre les côtés chaud et froid du dispositif, il existe un point où la réponse électrique de ces dispositifs devient non linéaire. Dépasser la température maximale nominale et le gradient de température ne produira pas significativement plus de courant du générateur. Au lieu de cela, le courant de sortie commencera à saturer à une certaine valeur maximale.

Les générateurs piézoélectriques ont une réponse non linéaire similaire une fois que l'amplitude des vibrations dépasse une certaine valeur. Ils ont également une bande passante de réponse définie qui offre une efficacité maximale de conversion de puissance. L'environnement vibratoire dans lequel ces dispositifs seront utilisés devrait être soigneusement examiné avant de choisir un générateur piézoélectrique. Heureusement, la bande passante de la plupart des modules de redressement/régulation piézo est beaucoup plus large que celle du piézo, vous aurez donc une certaine liberté avec le module que vous choisissez.

Powercast, P1110B

Le P1110B est un module qui récolte les signaux RF ambiants et les convertit en une tension DC. Ce circuit intégré monté en surface a une petite empreinte et est idéal pour une utilisation sur un petit PCB. Le récepteur peut atteindre 70% d'efficacité de conversion dans la bande de fréquences 902-928 MHz, bien que le module puisse encore récolter de l'énergie en dehors de cette bande.

La puissance de sortie peut être utilisée pour charger directement une batterie plutôt que d'être stockée dans un condensateur. Lors du placement de ce module sur votre PCB, assurez-vous de concevoir votre ligne d'alimentation RF comme une trace de 50 Ohms courte pour assurer l'adaptation d'impédance et éviter les pertes d'alimentation. L'antenne d'entrée RF et la ligne d'alimentation doivent être isolées du plan de masse.

Le P1110B convertit l'énergie RF en DC et fournit l'énergie à l'élément de stockage attaché. Lorsqu'un seuil de tension réglable sur l'élément de stockage est atteint, le P1110B désactive automatiquement la charge. Un microprocesseur peut être utilisé pour obtenir des données du composant pour améliorer l'opération globale du système.

Circuit d'application typique de la page 8 de la fiche technique du P1110B

Linear Technology, LTC3588EDD-1PBF

Le LTC3588EDD-1PBF est spécifiquement conçu pour la collecte et le stockage d'énergie. Ce CI compact fonctionne comme un redresseur et un régulateur de tension pour les applications de récolte d'énergie piézoélectrique. Le LTC3588-1 récolte l'énergie vibratoire ambiante à travers un élément piézoélectrique et stocke la sortie redressée avec un condensateur. Une vibration de fréquence plus élevée produira un courant plus important, où des vibrations de kHz modérées produiront des niveaux de courant de mA.

Le LTC3588-1...est conçu pour s'interfacer directement à une source d'énergie piézoélectrique ou alternative A/C, redresser une forme d'onde de tension et stocker l'énergie récoltée sur un condensateur externe, évacuer toute puissance excédentaire via un régulateur de shunt interne, et maintenir une tension de sortie régulée au moyen d'un régulateur buck synchrone à nanopuissance et à haute efficacité.

Trouvé à la page 12 de la fiche technique du LTC3588EDD-1PBF

Linear Technology, LTC3107

Le LTC3107 est un module thermoélectrique emballé dans un CI avec un petit encombrement. Plutôt que d'alimenter un système complet, ce CI est conçu comme un prolongateur de batterie. Ce module récolte l'énergie à l'aide d'un générateur thermoélectrique et produit un courant supplémentaire, réduisant ainsi les demandes sur une batterie.

Un petit transformateur élévateur peut être utilisé pour gérer l'entrée d'énergie d'un générateur thermoélectrique. Cet appareil agit comme un collecteur de charge compact et un régulateur de tension, le tout dans un seul paquet. Ce CI est évalué pour des tensions de batterie allant de 2 à 4 V. Les exemples d'applications typiques incluent les cellules alcalines, la pile bouton au lithium de 3 V, ou une batterie Li-SOCl2 de 3,6 V.

Le LTC3107 est un convertisseur DC/DC élévateur de tension d'entrée ultra-faible et un gestionnaire d'énergie pour prolonger la durée de vie de la batterie des capteurs sans fil à faible puissance et d'autres applications à faible puissance qui utilisent une batterie primaire. Le LTC3107 gère intelligemment l'énergie récoltée à partir de sources telles que les TEGs (Générateurs Thermo-Électriques) pour alimenter la sortie tout en minimisant la décharge de la batterie, maximisant ainsi la durée de vie de la batterie.

Trouvé à la page 1 de la fiche technique du LTC3107

Il y a un ensemble de dispositifs de récolte d'énergie qui n'ont pas été mentionnés ici : les photovoltaïques. Le nombre de composants photovoltaïques disponibles pour alimenter les appareils électroniques est tel qu'il mérite plus d'attention que ce qui peut être fourni ici. Si vous souhaitez compléter ou remplacer complètement votre source d'alimentation DC, utiliser une cellule photovoltaïque est une excellente option pour alimenter votre prochain appareil électronique.

Vous pouvez grandement améliorer le temps de fonctionnement de votre prochain appareil électronique lorsque vous associez le bon module de récolte d'énergie avec le bon régulateur. Certains cartes d'évaluation sont disponibles pour les modules de récolte d'énergie, facilitant la construction d'un prototype pour votre prochain produit. Si vous pensez à ajouter des capacités de récolte d'énergie et de stockage à votre prochain appareil électronique, vous pouvez trouver les bonnes options avec nos recommandations de Pièces Similaires.

Inscrivez-vous à notre newsletter pour rester à jour avec nos derniers articles.