Urządzenia do zbierania energii dodają ponowne wprowadzenie zasilania dla urządzeń

Urządzenia noszone, małe urządzenia mobilne oraz każde urządzenie wymagające ciągłej pracy mogą skorzystać z możliwości zbierania energii. Może to być wykorzystane do przedłużenia żywotności baterii lub zapewnienia użytecznego źródła zasilania awaryjnego, jeśli główne zasilanie zostanie odłączone. Możliwe zastosowania można znaleźć w urządzeniach IoT, sprzęcie wojskowym, sieciach sensorów, a nawet w pojazdach autonomicznych.

Jeśli chcesz utrzymać ciągłość pracy, ładować/przedłużać żywotność baterii, lub nawet stworzyć główne źródło zasilania, będziesz musiał wybrać między trzema głównymi technologiami zbierania energii. Odpowiednia technologia będzie zależała od środowiska, w którym urządzenie będzie wdrożone, ale rozsądne wykorzystanie tych urządzeń może zapewnić dodatkową energię, której potrzebuje Twoje urządzenie.

Metody zbierania energii dla PCB i małych urządzeń elektronicznych

Podobnie jak nowoczesne technologie wytwarzania energii, wszystkie urządzenia do zbierania energii przekształcają pewne powszechne źródło energii i przekształcają je w elektryczność. W mniejszych urządzeniach elektronicznych, najnowsze technologie zbierania energii są zaprojektowane do przekształcania energii mechanicznej, termicznej lub tła elektromagnetycznego na energię elektryczną. Ta energia może być następnie wykorzystana do ładowania baterii, lub może być przechowywana w kondensatorze.

Pracując w środowisku, gdzie fale radiowe są używane do komunikacji między urządzeniami, są momenty, kiedy ta dodatkowa energia RF po prostu się marnuje. Używanie anteny omnidirectionalnej do komunikacji rozprasza energię RF wszędzie. Urządzenia, które zbierają tę dodatkową energię, mogą być używane do przedłużania żywotności baterii, pozostając mobilnym.

Jeśli pracujesz z urządzeniami, które produkują znaczną ilość marnowanego ciepła, możesz wykorzystać to marnowane ciepło do zasilania urządzeń elektronicznych, wykorzystując efekt Seebecka. Generatory termoelektryczne są szeroko dostępne i są przydatne do zasilania małych urządzeń elektronicznych. Skuteczność tych generatorów zależy od gradientu temperatury między źródłem ciepła a otoczeniem, i to powinno być brane pod uwagę przy wyborze odpowiedniego generatora termoelektrycznego.

Wreszcie, możesz mieć urządzenie, które będzie montowane w pobliżu systemu produkującego pewne wibracje mechaniczne. Możesz przekształcić tę energię mechaniczną w energię elektryczną, używając generatora piezoelektrycznego.

Moduł generatora termoelektrycznego

Parametry do rozważenia przy wyborze urządzeń do zbierania energii

Jeśli planujesz włączyć moduł zbierania energii RF lub mikrofalowej w swoje następne urządzenie, będziesz musiał rozważyć pasmo częstotliwości modułu. Większość modułów ma wąskie pasmo i będzie miała niską efektywność konwersji mocy poza zdefiniowanym pasmem. Jednakże, jeśli chcesz zbierać energię z szerszego zakresu częstotliwości, możesz użyć wielu modułów z różnymi odpowiedziami częstotliwościowymi. Będziesz również musiał rozważyć impedancję wejściową i wymagania dotyczące układu anteny odbiorczej, aby uniknąć efektów linii transmisyjnej i strat zasilania.

Generatory termoelektryczne mają określony zakres temperatur, w którym są najbardziej wydajne. Chociaż prąd pobierany z tych urządzeń zależy od gradientu temperatury między gorącą a zimną stroną urządzenia, istnieje punkt, w którym odpowiedź elektryczna tych urządzeń staje się nieliniowa. Przekroczenie maksymalnej dopuszczalnej temperatury i gradientu temperatury nie spowoduje znacznego wzrostu prądu generowanego przez generator. Zamiast tego prąd wyjściowy zacznie nasycić się przy pewnej maksymalnej wartości.

Generatory piezoelektryczne mają podobną nieliniową odpowiedź, gdy amplituda wibracji przekroczy pewną wartość. Mają również określoną szerokość pasma odpowiedzi, która zapewnia maksymalną wydajność konwersji mocy. Środowisko wibracyjne, w którym będą używane te urządzenia, powinno być dokładnie zbadane przed wyborem generatora piezoelektrycznego. Na szczęście pasmo modułów prostowania/regulacji piezo jest znacznie szersze niż pasmo samego piezo, więc będziesz miał pewną swobodę w wyborze modułu.

Powercast, P1110B

P1110B to moduł, który zbiera tło sygnałów RF i przekształca je na napięcie stałe. Ten układ montowany powierzchniowo ma małą powierzchnię i jest idealny do użycia na małej płytce PCB. Odbiornik może osiągnąć 70% wydajność konwersji w paśmie częstotliwości 902-928 MHz, chociaż moduł może nadal zbierać energię poza tym pasmem.

Moc wyjściowa może być używana do bezpośredniego ładowania baterii, zamiast być magazynowana w kondensatorze. Umieszczając ten moduł na swojej płytce PCB, upewnij się, że zaprojektujesz linię zasilającą RF jako krótki ślad 50 Ohm, aby zapewnić dopasowanie impedancji i zapobiec stratom sygnału. Antena wejściowa RF i linia zasilająca powinny być izolowane od płaszczyzny masy.

P1110B przekształca energię RF na DC i dostarcza energię do podłączonego elementu magazynującego. Gdy na elemencie magazynującym osiągnięty zostanie regulowany próg napięcia, P1110B automatycznie wyłącza ładowanie. Mikroprocesor może być użyty do uzyskania danych z komponentu w celu poprawy ogólnej operacji systemu.

Typowy schemat aplikacyjny z strony 8 karty katalogowej P1110B

Linear Technology, LTC3588EDD-1PBF

LTC3588EDD-1PBF jest specjalnie zaprojektowany do zbierania i magazynowania energii. Ten kompaktowy układ pełni funkcję prostownika i regulatora napięcia dla aplikacji zbierających energię piezoelektryczną. LTC3588-1 zbiera otaczającą energię wibracyjną za pomocą elementu piezoelektrycznego i magazynuje prostowane wyjście w kondensatorze. Wibracje o wyższej częstotliwości wygenerują większy prąd, gdzie wibracje o umiarkowanych kHz wyprodukują poziomy prądu mA.

LTC3588-1...jest zaprojektowany do bezpośredniego połączenia z piezoelektrycznym lub alternatywnym źródłem zasilania AC, prostowania przebiegu napięcia i magazynowania zebranej energii na zewnętrznym kondensatorze, odprowadzania nadmiaru mocy za pomocą wewnętrznego regulatora szeregowego oraz utrzymania regulowanego napięcia wyjściowego za pomocą nanopower, wysokowydajnego, synchronicznego regulatora obniżającego.

Znalezione na stronie 12 w karcie katalogowej LTC3588EDD-1PBF

Linear Technology, LTC3107

LTC3107 to moduł termoelektryczny zapakowany w układ scalony o małych wymiarach. W przeciwieństwie do zasilania kompletnego systemu, ten układ scalony został zaprojektowany jako przedłużacz baterii. Moduł ten zbiera energię za pomocą generatora termoelektrycznego i wytwarza dodatkowy prąd, tym samym zmniejszając zapotrzebowanie na baterię.

Mały transformator podwyższający może być użyty do zarządzania wejściem mocy z generatora termoelektrycznego. Urządzenie to działa jak kompaktowy zbieracz ładunku i regulator napięcia w jednym opakowaniu. Ten układ scalony jest oceniany dla napięć baterii w zakresie od 2 do 4 V. Typowe przykłady zastosowań obejmują ogniwa alkaliczne, 3 V baterię litową typu coin cell lub 3,6 V baterię Li-SOCl2.

LTC3107 to ultra-niskonapięciowy przetwornik DC/DC podwyższający napięcie oraz menedżer mocy do przedłużania żywotności baterii w niskomocowych czujnikach bezprzewodowych i innych aplikacjach niskomocowych, które wykorzystują baterię pierwotną. LTC3107 inteligentnie zarządza energią zbieraną z takich źródeł jak TEG (Generatory Termoelektryczne), obsługując wyjście przy minimalnym rozładowaniu baterii, co maksymalizuje żywotność baterii.

Znalezione na stronie 1 w karcie katalogowej LTC3107

Jest jeszcze jedna grupa urządzeń do zbierania energii, o której tutaj nie wspomniano: fotowoltaika. Liczba komponentów fotowoltaicznych dostępnych do zasilania elektroniki jest tak duża, że zasługuje na więcej uwagi, niż można tutaj poświęcić. Jeśli chcesz uzupełnić lub całkowicie zastąpić swoje źródło zasilania DC, użycie ogniwa fotowoltaicznego jest świetną opcją do zasilania Twojego kolejnego urządzenia elektronicznego.

Możesz znacznie poprawić czas pracy swojego kolejnego urządzenia elektronicznego, gdy sparujesz odpowiedni moduł zbierający energię z odpowiednim regulatorem. Dostępne są pewne płytki ewaluacyjne dla modułów zbierających energię, co ułatwia budowę prototypu dla Twojego kolejnego produktu. Jeśli myślisz o dodaniu możliwości zbierania i przechowywania energii do swojego kolejnego urządzenia elektronicznego, możesz znaleźć odpowiednie opcje dzięki naszym rekomendacjom Podobnych Części.

Zapisz się do naszego newslettera, aby być na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami.