Устройства для сбора энергии добавляют повторное введение питания для устройств

Носимые устройства, маленькие мобильные устройства и любые устройства, требующие постоянной работоспособности, могут извлечь выгоду из возможностей сбора энергии. Это может быть использовано для увеличения срока службы батареи или обеспечения полезного резервного источника питания, если основной источник питания отключен. Возможные применения могут быть найдены в устройствах IoT, военном оборудовании, сетях датчиков и даже в автономных транспортных средствах.

Если вы стремитесь поддерживать работоспособность, заряжать/увеличивать срок службы батарей или даже создать основной источник питания, вам нужно будет выбрать между тремя основными технологиями сбора энергии. Правильный выбор технологии будет зависеть от среды, в которой будет использоваться устройство, но разумное использование этих устройств может обеспечить вашему устройству дополнительную энергию.

Методы сбора энергии для печатных плат и малой электроники

Так же, как и современные технологии генерации энергии, все устройства для сбора энергии преобразуют некоторый распространенный источник энергии в электричество. В малых электронных устройствах новейшие технологии сбора энергии предназначены для преобразования механической, тепловой или фоновой электромагнитной энергии в электрическую. Эта энергия может затем использоваться для зарядки аккумулятора или может храниться в конденсаторе.

Когда вы работаете в среде, где радиоволны используются для связи между устройствами, есть моменты, когда эта дополнительная энергия РЧ фактически теряется. Использование всенаправленной антенны для связи распространяет энергию РЧ повсюду. Устройства, собирающие эту дополнительную энергию, могут быть использованы для увеличения срока службы батареи, оставаясь при этом мобильными.

Если вы работаете с оборудованием, которое производит значительное количество потерянного тепла, вы можете использовать это отходящее тепло для питания электронных устройств, используя эффект Зеебека. Термоэлектрические генераторы широко доступны и полезны для питания малой электроники. Эффективность этих генераторов зависит от температурного градиента между источником тепла и окружающей средой, и это следует учитывать при выборе подходящего термоэлектрического генератора.

Наконец, у вас может быть устройство, которое будет установлено рядом с системой, производящей некоторую механическую вибрацию. Вы можете преобразовать эту механическую энергию в электрическую, используя пьезоэлектрический генератор.

Модуль термоэлектрического генератора

Параметры, которые следует учитывать при выборе устройств для сбора энергии

Если вы планируете включить модуль сбора энергии РЧ или микроволн в свое следующее устройство, вам нужно будет учитывать частотный диапазон модуля. Большинство модулей имеют узкую полосу пропускания и будут иметь низкие коэффициенты преобразования мощности за пределами определенной полосы пропускания. Однако, если вы хотите собирать энергию в более широком диапазоне частот, вы можете использовать несколько модулей с различными частотными характеристиками. Вам также потребуется учитывать входное сопротивление и требования к размещению приемной антенны, чтобы избежать эффектов передающей линии и потерь на питание.

Термоэлектрические генераторы имеют определенный температурный диапазон, в котором они наиболее эффективны. Хотя ток, получаемый от этих устройств, зависит от температурного градиента между горячей и холодной сторонами устройства, существует точка, в которой электрический отклик от этих устройств становится нелинейным. Превышение максимально допустимой температуры и температурного градиента не приведет к значительному увеличению тока от генератора. Вместо этого выходной ток начнет насыщаться на некотором максимальном значении.

Пьезоэлектрические генераторы имеют аналогичный нелинейный отклик, когда амплитуда вибрации превышает определенное значение. Они также имеют определенную полосу пропускания отклика, которая обеспечивает максимальную эффективность преобразования мощности. Вибрационная среда, в которой будут использоваться эти устройства, должна быть тщательно изучена перед выбором пьезоэлектрического генератора. К счастью, полоса пропускания большинства модулей пьезо выпрямления/регулирования намного шире, чем полоса пропускания самого пьезоэлемента, так что у вас будет некоторая свобода выбора модуля.

Powercast, P1110B

P1110B - это модуль, который собирает фоновые РЧ сигналы и преобразует их в постоянное напряжение. Этот поверхностно-монтируемый ИС имеет малый размер и идеален для использования на небольшой печатной плате. Приемник может достигать 70% эффективности преобразования в диапазоне частот 902-928 МГц, хотя модуль все еще может собирать энергию вне этой полосы.

Выходная мощность может использоваться для непосредственной зарядки аккумулятора, а не для хранения в конденсаторе. При размещении этого модуля на вашей печатной плате убедитесь, что вы спроектировали вашу РЧ линию питания как короткий 50 Ом трассу для обеспечения согласования импеданса и предотвращения потерь на питании. РЧ входная антенна и линия питания должны быть изолированы от земляной плоскости.

P1110B преобразует РЧ энергию в постоянный ток и обеспечивает энергией подключенный элемент хранения. Когда на элементе хранения достигается регулируемый порог напряжения, P1110B автоматически отключает зарядку. Микропроцессор может использоваться для получения данных с компонента для улучшения общей работы системы.

Типичная схема применения на странице 8 технического описания P1110B

Linear Technology, LTC3588EDD-1PBF

LTC3588EDD-1PBF специально разработан для сбора и хранения энергии. Этот компактный ИС функционирует как выпрямитель и регулятор напряжения для приложений сбора энергии пьезоэлектричества. LTC3588-1 собирает окружающую вибрационную энергию через пьезоэлемент и хранит выпрямленный выход с помощью конденсатора. Вибрация более высокой частоты выдает больший ток, где умеренные вибрации кГц вырабатывают ток уровня мА.

LTC3588-1... предназначен для прямого подключения к пьезоэлектрическому или альтернативному источнику переменного тока, выпрямления формы напряжения и хранения собранной энергии на внешнем конденсаторе, сброса любой избыточной мощности через внутренний шунтирующий регулятор и поддержания регулируемого выходного напряжения с помощью наномощного, высокоэффективного синхронного понижающего регулятора.

Найдено на странице 12 технического описания LTC3588EDD-1PBF

Linear Technology, LTC3107

LTC3107 - это термоэлектрический модуль, упакованный в интегральную схему с малым размером. Вместо питания полной системы, эта микросхема разработана как удлинитель батареи. Этот модуль собирает энергию с помощью термоэлектрического генератора и выдает дополнительный ток, тем самым снижая нагрузку на батарею.

Маленький повышающий трансформатор может быть использован для управления входной мощностью от термоэлектрического генератора. Это устройство действует как компактный сборщик заряда и регулятор напряжения в одном корпусе. Эта микросхема рассчитана на напряжения батарей от 2 до 4 В. Типичные примеры применения включают алкалиновые элементы, 3 В литиевую монетную батарею или 3,6 В Li-SOCl2 батарею.

LTC3107 - это ультранизковольтный повышающий DC/DC преобразователь и менеджер питания для продления срока службы батареи низкопотребляющих беспроводных датчиков и других низкопотребляющих приложений, использующих первичную батарею. LTC3107 интеллектуально управляет собранной энергией от источников, таких как термоэлектрические генераторы (TEG), для обслуживания выхода, минимизируя при этом разряд батареи и тем самым максимизируя срок службы батареи.

Найдено на странице 1 технического описания LTC3107

Есть один вид устройств для сбора энергии, который здесь не упомянут: фотоэлектрические. Количество фотоэлектрических компонентов, доступных для питания электроники, настолько велико, что оно заслуживает большего внимания, чем может быть предоставлено здесь. Если вы хотите дополнить или полностью заменить ваш источник постоянного тока, использование фотоэлектрической ячейки является отличным вариантом для питания вашего следующего электронного устройства.

Вы можете значительно улучшить время работы вашего следующего электронного устройства, если сочетаете правильный модуль сбора энергии с правильным регулятором. Некоторые оценочные платы для модулей сбора энергии доступны, что упрощает создание прототипа для вашего следующего продукта. Если вы думаете о добавлении возможностей сбора и хранения энергии в ваше следующее электронное устройство, вы можете найти подходящие варианты с нашими рекомендациями Похожие детали.

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы оставаться в курсе наших последних статей.