Thiết bị Thu Hoạch Năng lượng Thêm vào việc Tái giới thiệu Nguồn Năng lượng cho Thiết bị

Thiết bị đeo, thiết bị di động nhỏ và bất kỳ thiết bị nào yêu cầu thời gian hoạt động liên tục đều có thể được hưởng lợi từ khả năng thu năng lượng. Điều này có thể được sử dụng để kéo dài tuổi thọ pin hoặc cung cấp một nguồn điện dự phòng hữu ích nếu nguồn điện chính bị ngắt kết nối. Các ứng dụng có thể được tìm thấy trong thiết bị IoT, thiết bị quân sự, mạng cảm biến và cả xe tự hành.

Nếu bạn đang tìm cách duy trì thời gian hoạt động, sạc/kéo dài tuổi thọ pin, hoặc thậm chí tạo ra một nguồn điện chính, bạn sẽ cần phải lựa chọn giữa ba công nghệ thu năng lượng chính. Công nghệ phù hợp sẽ phụ thuộc vào môi trường nơi thiết bị sẽ được triển khai, nhưng việc sử dụng khéo léo những thiết bị này có thể cung cấp thêm năng lượng mà thiết bị của bạn cần.

Phương pháp Thu Năng lượng cho PCB và Điện tử Nhỏ

Giống như các công nghệ phát điện hiện đại, tất cả các thiết bị thu năng lượng đều chuyển đổi một nguồn năng lượng phổ biến nào đó thành điện. Trong các thiết bị điện tử nhỏ, các công nghệ thu năng lượng mới nhất được thiết kế để chuyển đổi năng lượng cơ học, nhiệt hoặc năng lượng điện từ nền thành năng lượng điện. Năng lượng này sau đó có thể được sử dụng để sạc pin, hoặc có thể được lưu trữ trong một tụ điện.

Khi làm việc trong một môi trường mà sóng vô tuyến được sử dụng để giao tiếp giữa các thiết bị, có những lúc mà năng lượng RF dư thừa cơ bản là lãng phí. Sử dụng một ăng-ten đa hướng cho giao tiếp phát tán năng lượng RF khắp mọi nơi. Các thiết bị thu năng lượng dư thừa này có thể được sử dụng để kéo dài tuổi thọ pin trong khi vẫn giữ được tính di động.

Nếu bạn đang làm việc với thiết bị sản xuất ra một lượng lớn nhiệt lãng phí, bạn có thể sử dụng nhiệt lãng phí này để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử bằng cách khai thác hiệu ứng Seebeck. Các máy phát điện nhiệt điện được bán rộng rãi và rất hữu ích cho việc cung cấp năng lượng cho điện tử nhỏ. Hiệu quả của các máy phát này phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và môi trường xung quanh, và điều này nên được xem xét khi chọn máy phát nhiệt điện phù hợp.

Cuối cùng, bạn có thể có một thiết bị sẽ được lắp đặt gần một hệ thống sản xuất ra một số rung động cơ học. Bạn có thể chuyển đổi năng lượng cơ học này thành năng lượng điện bằng cách sử dụng một máy phát piezoelectric.

Một mô-đun máy phát điện nhiệt điện

Các Tham số Cần Xem xét Khi Chọn Thiết bị Thu Năng lượng

Nếu bạn đang lên kế hoạch bao gồm một mô-đun thu năng lượng RF hoặc sóng vi ba trong thiết bị tiếp theo của mình, bạn sẽ cần phải xem xét băng tần của mô-đun. Hầu hết các mô-đun có băng thông hẹp và sẽ có hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp ngoài băng thông được xác định. Tuy nhiên, nếu bạn muốn thu năng lượng trên một phạm vi tần số rộng hơn, bạn có thể sử dụng nhiều mô-đun với các phản ứng tần số khác nhau. Bạn cũng cần phải xem xét trở kháng đầu vào và yêu cầu bố trí của ăng-ten thu để tránh hiệu ứng đường truyền và mất mát cấp.

Các máy phát điện nhiệt điện có một phạm vi nhiệt độ xác định mà tại đó chúng hoạt động hiệu quả nhất. Mặc dù dòng điện thu hoạch từ các thiết bị này phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa mặt nóng và mặt lạnh của thiết bị, có một điểm mà phản ứng điện từ các thiết bị này trở nên phi tuyến tính. Vượt quá nhiệt độ tối đa được đánh giá và độ chênh lệch nhiệt độ sẽ không tạo ra dòng điện đáng kể hơn từ máy phát. Thay vào đó, dòng điện đầu ra sẽ bắt đầu bão hòa ở một giá trị tối đa nào đó.

Các máy phát điện piezoelectric có phản ứng phi tuyến tính tương tự một khi biên độ rung vượt quá một giá trị nhất định. Chúng cũng có một băng thông phản ứng xác định cung cấp hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối đa. Môi trường rung động mà các thiết bị này sẽ được sử dụng nên được xem xét cẩn thận trước khi chọn một máy phát điện piezoelectric. May mắn thay, băng thông của hầu hết các mô-đun chỉnh lưu/điều chỉnh piezo rộng hơn nhiều so với băng thông của piezo, vì vậy bạn sẽ có một số tự do với mô-đun bạn chọn.

Powercast, P1110B

P1110B là một mô-đun thu hoạch tín hiệu RF nền và chuyển đổi chúng thành điện áp DC. IC gắn bề mặt này có kích thước nhỏ gọn và lý tưởng để sử dụng trên một PCB nhỏ. Bộ thu có thể đạt hiệu suất chuyển đổi 70% trong băng tần 902-928 MHz, mặc dù mô-đun vẫn có thể thu hoạch năng lượng ngoài băng này.

Công suất đầu ra có thể được sử dụng để sạc trực tiếp một pin thay vì được lưu trữ trong một tụ điện. Khi đặt mô-đun này trên PCB của bạn, hãy chắc chắn thiết kế đường dẫn RF của bạn là một đường dẫn 50 Ohm ngắn để đảm bảo khớp trở kháng và ngăn chặn tổn thất đường dẫn. Ăng-ten đầu vào RF và đường dẫn nên được cô lập khỏi mặt đất.

P1110B chuyển đổi năng lượng RF thành DC và cung cấp năng lượng cho phần tử lưu trữ được gắn kèm. Khi một ngưỡng điện áp có thể điều chỉnh trên phần tử lưu trữ được đạt tới, P1110B tự động vô hiệu hóa việc sạc. Một vi xử lý có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu từ linh kiện để cải thiện hoạt động tổng thể của hệ thống.

Mạch ứng dụng tiêu biểu từ trang 8 của bảng dữ liệu P1110B

Linear Technology, LTC3588EDD-1PBF

LTC3588EDD-1PBF được thiết kế đặc biệt cho việc thu thập và lưu trữ năng lượng. IC nhỏ gọn này hoạt động như một bộ chỉnh lưu và bộ điều chỉnh điện áp cho các ứng dụng thu hoạch năng lượng piezoelectric. LTC3588-1 thu hoạch năng lượng rung động môi trường qua một phần tử piezoelectric và lưu trữ đầu ra chỉnh lưu với một tụ điện. Rung động tần suất cao hơn sẽ tạo ra dòng điện lớn hơn, nơi rung động kHz vừa phải sẽ sản xuất mức dòng điện mA.

LTC3588-1...được thiết kế để kết nối trực tiếp với một nguồn điện piezoelectric hoặc nguồn điện A/C thay thế, chỉnh lưu một dạng sóng điện áp và lưu trữ năng lượng thu hoạch trên một tụ điện bên ngoài, loại bỏ bất kỳ năng lượng dư thừa nào qua một bộ điều tiết shunt nội bộ, và duy trì một điện áp đầu ra được điều chỉnh bằng cách sử dụng một bộ điều chỉnh buck đồng bộ, hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng nano.

Được tìm thấy trên trang 12 của bảng dữ liệu LTC3588EDD-1PBF

Linear Technology, LTC3107

LTC3107 là một mô-đun nhiệt điện được đóng gói trong một IC với kích thước nhỏ gọn. Thay vì cung cấp năng lượng cho một hệ thống hoàn chỉnh, IC này được thiết kế như một bộ mở rộng pin. Mô-đun này thu hoạch năng lượng sử dụng máy phát điện nhiệt điện và xuất ra dòng điện bổ sung, từ đó giảm bớt yêu cầu về pin.

Một máy biến áp tăng nhỏ có thể được sử dụng để quản lý nguồn điện đầu vào từ máy phát điện nhiệt điện. Thiết bị này hoạt động như một bộ thu năng lượng gọn nhẹ và bộ điều chỉnh điện áp trong một gói. IC này được đánh giá cho điện áp pin từ 2 đến 4 V. Các ví dụ ứng dụng điển hình bao gồm pin kiềm, pin đồng xu lithium 3 V, hoặc pin Li-SOCl2 3.6 V.

LTC3107 là một bộ chuyển đổi DC/DC tăng điện áp đầu vào cực thấp và quản lý năng lượng cho việc kéo dài tuổi thọ pin của các cảm biến không dây công suất thấp và các ứng dụng công suất thấp khác sử dụng pin chính. LTC3107 quản lý thông minh năng lượng thu hoạch từ các nguồn như TEGs (Máy Phát Điện Nhiệt Điện) để phục vụ đầu ra trong khi giảm thiểu việc rút pin, từ đó tối đa hóa tuổi thọ pin.

Được tìm thấy trên trang 1 của bảng dữ liệu LTC3107

Có một nhóm thiết bị thu hoạch năng lượng chưa được đề cập ở đây: quang điện. Số lượng thành phần quang điện có sẵn để cung cấp năng lượng cho điện tử là lớn đến mức nó xứng đáng được chú ý nhiều hơn có thể cung cấp ở đây. Nếu bạn muốn bổ sung hoặc hoàn toàn thay thế nguồn điện DC của mình, sử dụng một tế bào quang điện là một lựa chọn tuyệt vời để cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử tiếp theo của bạn.

Bạn có thể cải thiện đáng kể thời gian hoạt động cho thiết bị điện tử tiếp theo của mình khi kết hợp mô-đun thu hoạch năng lượng phù hợp với bộ điều chỉnh phù hợp. Một số bảng đánh giá cho các mô-đun thu hoạch năng lượng có sẵn, giúp dễ dàng xây dựng một nguyên mẫu cho sản phẩm tiếp theo của bạn. Nếu bạn đang nghĩ về việc thêm khả năng thu hoạch và lưu trữ năng lượng vào thiết bị điện tử tiếp theo của mình, bạn có thể tìm thấy các lựa chọn phù hợp với khuyến nghị về Phần Tương Tự của chúng tôi.

Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi để cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi.