에너지 수확 장치는 장치에 대한 전력을 재도입합니다

웨어러블 기기, 소형 모바일 기기 및 지속적인 가동이 필요한 모든 기기는 에너지 수확 기능으로부터 혜택을 받을 수 있습니다. 이는 배터리 수명을 연장하거나 주 전원이 끊어졌을 때 유용한 백업 전원을 제공하는 데 사용될 수 있습니다. 가능한 응용 분야로는 IoT 기기, 군사 장비, 센서 네트워크, 심지어 자율 주행 차량에서도 찾아볼 수 있습니다.

가동 시간을 유지하고, 배터리를 충전/연장하거나 심지어 주 전원을 생성하려면 세 가지 주요 에너지 수확 기술 중에서 선택해야 합니다. 적합한 기술은 기기가 배치될 환경에 따라 달라지지만, 이러한 기기를 신중하게 사용하면 기기에 필요한 추가 전력을 제공할 수 있습니다.

PCB 및 소형 전자기기를 위한 에너지 수확 방법

현대 발전 기술과 마찬가지로, 모든 에너지 수확 기기는 일반적인 에너지 원을 전기로 변환합니다. 소형 전자 기기에서는 최신 에너지 수확 기술이 기계적, 열적 또는 배경 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 설계되었습니다. 이 전력은 배터리를 충전하거나 커패시터에 저장될 수 있습니다.

기기 간 통신에 라디오 파를 사용하는 환경에서 작업할 때, 그 추가 RF 에너지는 사실상 낭비됩니다. 통신을 위해 전방향 안테나를 사용하면 RF 에너지가 모든 곳에 퍼집니다. 이 추가 에너지를 수확하는 기기는 모바일 상태를 유지하면서 배터리 수명을 연장하는 데 사용할 수 있습니다.

상당한 양의 낭비 열을 발생시키는 장비를 사용하는 경우, 이 낭비 열을 이용하여 Seebeck 효과를 활용하여 전자 기기를 구동할 수 있습니다. 열전 발전기는 널리 사용되며 소형 전자기기를 구동하는 데 유용합니다. 이 발전기의 효율성은 열원과 주변 환경 사이의 온도 구배에 따라 달라지므로, 적합한 열전 발전기를 선택할 때 이를 고려해야 합니다.

마지막으로, 기계적 진동을 발생시키는 시스템 근처에 장치를 설치할 수도 있습니다. 이 기계적 에너지를 압전 발전기를 사용하여 전기 에너지로 변환할 수 있습니다.

열전 발전기 모듈

에너지 수확 장치를 선택할 때 고려해야 할 파라미터

다음 기기에 RF 또는 마이크로웨이브 에너지 수확 모듈을 포함할 계획이라면, 모듈의 주파수 대역을 고려해야 합니다. 대부분의 모듈은 좁은 대역폭을 가지고 있으며 정의된 대역폭 외부에서는 낮은 전력 변환 효율을 보일 것입니다. 그러나 더 넓은 범위의 주파수를 수확하고자 한다면, 다른 주파수 응답을 가진 여러 모듈을 사용할 수 있습니다. 또한 전송선 효과와 급전 손실을 피하기 위해 수신 안테나의 입력 임피던스와 레이아웃 요구 사항을 고려해야 합니다.

열전 발전기는 가장 효율적인 정의된 온도 범위를 가지고 있습니다. 이 장치에서 수확된 전류는 장치의 뜨거운 쪽과 차가운 쪽 사이의 온도 구배에 따라 달라지지만, 이 장치들의 전기적 반응이 비선형이 되는 지점이 있습니다. 정격 최대 온도와 온도 구배를 초과해도 발전기에서 현저하게 더 많은 전류를 생산하지는 않습니다. 대신, 출력 전류는 어떤 최대값에서 포화하기 시작할 것입니다.

압전 발전기도 진동 진폭이 특정 값을 초과하면 비슷한 비선형 반응을 보입니다. 또한 최대 전력 변환 효율을 제공하는 정의된 응답 대역폭을 가지고 있습니다. 이 장치들이 사용될 진동 환경은 압전 발전기를 선택하기 전에 신중하게 검토되어야 합니다. 다행히 대부분의 압전 정류/규제 모듈의 대역폭은 압전체의 대역폭보다 훨씬 넓어서 선택할 모듈에 다소 자유가 있을 것입니다.

Powercast, P1110B

P1110B는 배경 RF 신호를 수확하여 DC 전압으로 변환하는 모듈입니다. 이 표면 장착 IC는 작은 발자국을 가지고 있으며 작은 PCB에 사용하기에 이상적입니다. 수신기는 902-928 MHz 주파수 대역에서 70% 변환 효율에 도달할 수 있지만, 모듈은 이 대역 외부에서도 에너지를 수확할 수 있습니다.

출력 전력은 커패시터에 저장되는 대신 직접 배터리를 충전하는 데 사용할 수 있습니다. 이 모듈을 PCB에 배치할 때 임피던스 매칭을 보장하고 급전 손실을 방지하기 위해 RF 급전선을 짧은 50 옴 트레이스로 설계해야 합니다. RF 입력 안테나와 급전선은 접지면으로부터 격리되어야 합니다.

P1110B는 RF 에너지를 DC로 변환하고 연결된 저장 요소에 에너지를 제공합니다. 저장 요소의 조정 가능한 전압 임계값이 달성되면, P1110B는 자동으로 충전을 비활성화합니다. 전체 시스템 작동을 개선하기 위해 마이크로프로세서를 사용하여 구성 요소에서 데이터를 얻을 수 있습니다.

P1110B 데이터시트 8페이지에서 가져온 전형적인 응용 회로

Linear Technology, LTC3588EDD-1PBF

LTC3588EDD-1PBF는 수집 및 전력 저장 응용 프로그램을 위해 특별히 설계되었습니다. 이 컴팩트한 IC는 압전 에너지 수확 응용 프로그램을 위한 정류기 및 전압 조절기로 기능합니다. LTC3588-1은 압전 요소를 통해 주변 진동 에너지를 수확하고 정류된 출력을 커패시터에 저장합니다. 더 높은 주파수 진동은 더 큰 전류를 출력할 것이며, 중간 kHz 진동은 mA 수준의 전류를 생산할 것입니다.

LTC3588-1...은 압전 또는 대체 A/C 전원 소스에 직접 인터페이스하도록 설계되었으며, 전압 파형을 정류하고 외부 커패시터에 수확된 에너지를 저장하며, 내부 션트 조절기를 통해 초과 전력을 배출하고, 나노파워, 고효율, 동기식 벅 조절기를 통해 규제된 출력 전압을 유지합니다.

LTC3588EDD-1PBF 데이터시트의 12페이지에서 발견됨

Linear Technology, LTC3107

LTC3107은 작은 발자국의 IC로 포장된 열전 모듈입니다. 이 IC는 전체 시스템을 구동하기보다는 배터리 확장기로 설계되었습니다. 이 모듈은 열전 발전기를 사용하여 에너지를 수확하고 추가 전류를 출력하여 배터리에 대한 요구를 줄입니다.

소형 승압 변압기를 사용하여 열전 발전기에서의 전력 입력을 관리할 수 있습니다. 이 장치는 한 패키지 안에서 컴팩트한 충전 수집기와 전압 조절기 역할을 합니다. 이 IC는 2V에서 4V까지의 배터리 전압에 대해 등급이 매겨져 있습니다. 전형적인 응용 예로는 알칼리 전지, 3V 리튬 코인 셀 또는 3.6V Li-SOCl2 배터리가 있습니다.

LTC3107은 저전력 무선 센서 및 기본 배터리를 사용하는 다른 저전력 응용 프로그램의 배터리 수명을 연장하기 위한 초저 입력 전압 승압 DC/DC 변환기 및 전력 관리자입니다. LTC3107은 TEG(열전 발전기)와 같은 소스에서 수확한 에너지를 지능적으로 관리하여 출력을 서비스하면서 배터리 방전을 최소화하여 배터리 수명을 극대화합니다.

LTC3107 데이터시트의 1페이지에서 발견됨

여기서 언급되지 않은 에너지 수확 장치 세트가 하나 있습니다: 광전지. 전자 장치를 구동하기 위해 사용할 수 있는 광전지 구성 요소의 수가 많아 여기서 제공할 수 있는 것보다 더 많은 주의를 요합니다. DC 전원원을 보완하거나 완전히 대체하려면 광전지를 사용하는 것이 다음 전자 장치를 구동하는 데 좋은 옵션입니다.

적절한 수확 모듈과 적절한 조절기를 짝지을 때 다음 전자 장치의 가동 시간을 크게 향상시킬 수 있습니다. 에너지 수확 모듈용 평가 보드가 있어 다음 제품의 프로토타입을 쉽게 구축할 수 있습니다. 다음 전자 장치에 에너지 수확 및 저장 기능을 추가하는 것을 고려하고 있다면, Similar Parts recommendations에서 적합한 옵션을 찾을 수 있습니다.

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