Dispositivi di Raccolta dell'Energia Aggiungono la Reintroduzione dell'Alimentazione per i Dispositivi

I dispositivi indossabili, i piccoli dispositivi mobili e qualsiasi dispositivo che richiede un funzionamento continuo possono beneficiare delle capacità di raccolta dell'energia. Questo può essere utilizzato per estendere la durata della batteria o fornire una fonte di alimentazione di riserva utile se l'alimentazione primaria viene disconnessa. Le possibili applicazioni possono essere trovate nei dispositivi IoT, nell'equipaggiamento militare, nelle reti di sensori e persino nei veicoli autonomi.

Se stai cercando di mantenere il funzionamento, caricare/estendere le batterie o persino creare una fonte di alimentazione primaria, dovrai scegliere tra tre principali tecnologie di raccolta dell'energia. La tecnologia giusta dipenderà dall'ambiente in cui il dispositivo sarà dispiegato, ma l'uso giudizioso di questi dispositivi può fornire l'energia extra di cui il tuo dispositivo ha bisogno.

Metodi di Raccolta dell'Energia per PCB e Piccoli Elettronici

Allo stesso modo delle moderne tecnologie di generazione di energia, tutti i dispositivi di raccolta dell'energia convertono una qualche prevalente fonte di energia e la trasformano in elettricità. Nei dispositivi elettronici più piccoli, le tecnologie di raccolta dell'energia più recenti sono progettate per convertire energia meccanica, termica o elettromagnetica di fondo in energia elettrica. Questa energia può poi essere utilizzata per caricare una batteria, o può essere immagazzinata in un condensatore.

Quando si lavora in un ambiente in cui le onde radio vengono utilizzate per la comunicazione tra dispositivi, ci sono momenti in cui quell'energia RF extra va essenzialmente sprecata. Utilizzare un'antenna omnidirezionale per la comunicazione diffonde energia RF ovunque. I dispositivi che raccolgono questa energia extra possono essere utilizzati per estendere la durata della batteria rimanendo mobili.

Se stai lavorando con attrezzature che producono una quantità significativa di calore sprecato, puoi utilizzare questo calore di scarto per alimentare dispositivi elettronici sfruttando l'effetto Seebeck. I generatori termoelettrici sono ampiamente disponibili e sono utili per alimentare piccoli elettronici. L'efficacia di questi generatori dipende dal gradiente di temperatura tra la fonte di calore e l'ambiente circostante, e questo dovrebbe essere considerato quando si sceglie il generatore termoelettrico giusto.

Infine, potresti avere un dispositivo che verrà montato vicino a un sistema che produce una certa vibrazione meccanica. Puoi convertire questa energia meccanica in energia elettrica utilizzando un generatore piezoelettrico.

Un modulo generatore termoelettrico

Parametri da Considerare nella Scelta dei Dispositivi di Raccolta dell'Energia

Se stai pianificando di includere un modulo di raccolta dell'energia RF o a microonde nel tuo prossimo dispositivo, dovrai considerare la banda di frequenza del modulo. La maggior parte dei moduli ha una larghezza di banda stretta e avrà efficienze di conversione di potenza basse al di fuori della larghezza di banda definita. Tuttavia, se vuoi raccogliere su un intervallo più ampio di frequenze, puoi utilizzare più moduli con diverse risposte in frequenza. Dovrai anche considerare l'impedenza di ingresso e i requisiti di layout dell'antenna ricevente per evitare effetti della linea di trasmissione e perdite di alimentazione.

I generatori termoelettrici hanno un intervallo di temperatura definito in cui sono più efficienti. Sebbene la corrente raccolta da questi dispositivi dipenda dal gradiente di temperatura tra i lati caldo e freddo del dispositivo, esiste un punto in cui la risposta elettrica da questi dispositivi diventa non lineare. Superare la temperatura massima valutata e il gradiente di temperatura non produrrà significativamente più corrente dal generatore. Invece, la corrente di uscita inizierà a saturarsi ad un certo valore massimo.

I generatori piezoelettrici hanno una risposta non lineare simile una volta che l'ampiezza della vibrazione supera un certo valore. Hanno anche una larghezza di banda di risposta definita che fornisce la massima efficienza di conversione di potenza. L'ambiente vibratorio in cui questi dispositivi verranno utilizzati dovrebbe essere attentamente esaminato prima di scegliere un generatore piezoelettrico. Fortunatamente, la larghezza di banda della maggior parte dei moduli di rettificazione/regolazione piezo è molto più ampia della larghezza di banda del piezo, quindi avrai una certa libertà nella scelta del modulo.

Powercast, P1110B

Il P1110B è un modulo che raccoglie segnali RF di fondo e li converte in una tensione DC. Questo circuito integrato montato in superficie ha un ingombro ridotto ed è ideale per l'uso su un piccolo PCB. Il ricevitore può raggiungere il 70% di efficienza di conversione nella banda di frequenza 902-928 MHz, anche se il modulo può comunque raccogliere energia al di fuori di questa banda.

La potenza di uscita può essere utilizzata per caricare direttamente una batteria anziché essere immagazzinata in un condensatore. Quando posizioni questo modulo sul tuo PCB, assicurati di progettare la tua linea di alimentazione RF come una traccia da 50 Ohm corta per garantire l'adattamento dell'impedenza e prevenire le perdite di alimentazione. L'antenna di ingresso RF e la linea di alimentazione dovrebbero essere isolate dal piano di massa.

Il P1110B converte l'energia RF in DC e fornisce l'energia all'elemento di accumulo collegato. Quando si raggiunge una soglia di tensione regolabile sull'elemento di accumulo, il P1110B disabilita automaticamente la carica. Un microprocessore può essere utilizzato per ottenere dati dal componente per migliorare l'operatività complessiva del sistema.

Circuito di applicazione tipico dalla pagina 8 del datasheet P1110B

Linear Technology, LTC3588EDD-1PBF

Il LTC3588EDD-1PBF è specificamente progettato per applicazioni di raccolta e immagazzinamento di energia. Questo IC compatto funziona come un raddrizzatore e regolatore di tensione per applicazioni di raccolta di energia piezoelettrica. L'LTC3588-1 raccoglie energia vibrante ambientale attraverso un elemento piezoelettrico e immagazzina l'uscita raddrizzata con un condensatore. Vibrazioni di frequenza più alta produrranno una corrente maggiore, dove vibrazioni moderate in kHz produrranno livelli di corrente in mA.

L'LTC3588-1...è progettato per interfacciarsi direttamente a una fonte di potenza piezoelettrica o alternativa A/C, raddrizzare una forma d'onda di tensione e immagazzinare l'energia raccolta su un condensatore esterno, sanguinare qualsiasi eccesso di potenza tramite un regolatore shunt interno, e mantenere una tensione di uscita regolata tramite un regolatore buck sincrono ad alta efficienza e nanopotenza.

Trovato a pagina 12 del datasheet di LTC3588EDD-1PBF

Linear Technology, LTC3107

Il LTC3107 è un modulo termoelettrico confezionato in un circuito integrato (IC) con un ingombro ridotto. Piuttosto che alimentare un sistema completo, questo IC è progettato come estensore di batteria. Questo modulo raccoglie energia utilizzando un generatore termoelettrico e fornisce corrente aggiuntiva, riducendo così le richieste sulla batteria.

Un piccolo trasformatore step-up può essere utilizzato per gestire l'ingresso di potenza da un generatore termoelettrico. Questo dispositivo agisce come un compatto collettore di carica e regolatore di tensione in un unico pacchetto. Questo IC è valutato per tensioni di batteria che vanno da 2 a 4 V. Esempi tipici di applicazione includono celle alcaline, celle a moneta al litio da 3 V o una batteria Li-SOCl2 da 3,6 V.

Il LTC3107 è un convertitore DC/DC step-up per tensioni di ingresso ultra-basse e un gestore di potenza per estendere la durata della batteria di sensori wireless a basso consumo e altre applicazioni a basso consumo che utilizzano una batteria primaria. Il LTC3107 gestisce in modo intelligente l'energia raccolta da fonti come i TEG (Generatori Termoelettrici) per servire l'uscita minimizzando il drenaggio della batteria, massimizzando così la durata della batteria.

Trovato a pagina 1 del datasheet di LTC3107

C'è un insieme di dispositivi per il raccolto di energia che non è stato menzionato qui: la fotovoltaica. Il numero di componenti fotovoltaici disponibili per alimentare l'elettronica è così grande che merita più attenzione di quanto possa essere fornita qui. Se vuoi integrare o sostituire completamente la tua fonte di alimentazione DC, utilizzare una cella fotovoltaica è un'ottima opzione per alimentare il tuo prossimo dispositivo elettronico.

Puoi migliorare notevolmente il tempo di funzionamento del tuo prossimo dispositivo elettronico quando abbini il modulo di raccolta giusto con il regolatore giusto. Alcune schede di valutazione sono disponibili per i moduli di raccolta energia, rendendo facile costruire un prototipo per il tuo prossimo prodotto. Se stai pensando di aggiungere capacità di raccolta e stoccaggio di energia al tuo prossimo dispositivo elettronico, puoi trovare le opzioni giuste con le nostre raccomandazioni di Parti Simili.

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