Enerji toplanması əsasən enerji təchizatı və ya batareyadan başqa əlavə edilməli olan elektron cihazların enerji təchizatı üçün enerji təchizatı üsulu kimi görülür. Bir çox hallarda, enerji kolleksiyalarından istifadə edən proqramlarda çox vaxt böyük həcmləri yerləşdirmək üçün kifayət qədər yer yoxdur. Tipik nümunələrə fitnes qacetləri və sağlamlığın monitorinqi cihazları kimi geyilə bilən texnologiyalar, həmçinin ətraf mühit və ya struktur vəziyyətin monitorinqi proqramları kimi simsiz sensor qovşaqları daxildir.
Tipik olaraq, günəş enerjisi, vibrasiya və ya temperatur fərqləri kimi ətraf mühitin enerji mənbələrindən toplanan enerji keçid, gücləndirmə və müvəqqəti saxlamadan sonra səmərəli şəkildə istifadə edilməlidir. Hal-hazırda, enerji toplama proqramları və enerji idarəetmə inteqral sxemləri tərəfindən işə salınan bir sıra şirkətlər getdikcə artır. Lakin bu cihazların çoxfunksiyalı əməliyyatı asanlaşdırmaq üçün yüksək dərəcədə inteqrasiya olunduğunu və ölçüsünün mümkün qədər kiçik olmasını təmin etmək üçün təzyiqlə üzləşir. Şübhə yoxdur ki, avadanlığın özünün enerji istehlakı çox azdır.
Bu məqalə sürətlə geyilə bilən elektron avadanlıq bazarlarının miniatürləşdirmə ehtiyaclarını və onlarla əlaqəli tətbiqləri təsvir edəcək və bu yaxınlarda inteqrasiya edilmiş pul çeviriciləri olan BQ25570 gücləndirici şarj cihazını və bir sıra oxşar alternativləri və tamamlayıcı komponentləri müzakirə edəcək. Bu məqalə TI-nin istifadəçi təlimatına istinad edəcək, cihazın aşağı gücü, məkan / çəki limitini ultrasəsləmək üçün necə effektiv istifadə edəcəyini izah edəcək.
Daha çox funksiya Bu gün sağlamlıq vəziyyətini izləmək, sağlamlıq şəraitini təmin etmək və tibbi xidmətlər göstərmək üçün fitness planını izləyən getdikcə daha çox geyilə bilən cihazlardır. Əksər portativ cihazlar kimi, bu tendensiya istehlakçıların gözlədiyi avadanlıq funksiyalarının artmasına kömək edəcəkdir. Əgər GPS cihazı ürək döyüntüsü monitoruna inteqrasiya olunubsa, qeyd zəngi nömrəsini və ya qaçış marşrutunu izləyin, ürək dərəcəsi monitoruna daha çox üstünlük veriləcək. Hal-hazırda, müasir geyilə bilən sağlamlıq monitorinq avadanlığı qan təzyiqini, bədən istiliyini, qanda oksigen miqdarını, ürək döyüntüsünü və fəaliyyətini izləyə bilər.
Şəkil 1: Enerji toplanması bir çox daşına bilən elektron cihaz tətbiqlərində əsas texnologiyalar olacaq.
Solda: Təzyiq sensorları ilə təchiz edilmiş Sensoria-nın ağıllı corabları qaçış duruşlarını (daban/ayaq) müəyyən etmək və yaxşılaşdırmaq üçün Bluetooth vasitəsilə ayaq halqaları ilə əlaqə saxlaya bilir. Digər sensorlar qeydləri, sürəti, istehlak kalorilərini, hündürlükləri və məsafələri izləyə bilər.
Sağda: Fraunhofer İnstitutu R&D Yaşlı qruplar üçün geyilə bilən köməkçi avadanlıq dərman xatırlatmaları, sağlamlıq monitorinqi və təcili yardım çağırışları kimi bir sıra proqramlaşdırıla bilən xidmətlər təqdim edə bilər.
Simsiz əlaqə toplanmış məlumatların sonrakı təhlili üçün ötürülməsini və saxlanmasını asanlaşdırır. Əşyaların İnternetinin bir hissəsi olan simsiz sensor şəbəkələri, ağıllı binalar və ətraf mühitin monitorinqi kimi tətbiqlərdə vacibdir və bu proqramlardakı bir çox sensordan məlumatlar yığılmalıdır. Buna görə ağıllı saat, biometrik monitor, ID etiketi məhsulları, sensor qovşaqları və digər geyilə bilən və ya uzaqdan tətbiq olunan tətbiqlərdə inteqrasiya olunmuş sensorlar, radiotezlik sxemləri və daha dəqiq mikrokontrollerlər getdikcə artır.
Bununla belə, bu cür çoxfunksiyalı cihazlara üstünlük verilməlidir, ağlabatan batareya ömrü istisna olmaqla, o, həm də yüngül çəki, kiçik ölçülü və rahatlıq tələb edir. Dizaynerlər batareyanın doldurulmasına davam etməsi üçün bədən istiliyi və ya ayaq səsləri kimi ekoloji enerjidən səmərəli istifadə etmək üçün enerji toplama üsullarından istifadə ediblər. Müəyyən cihazlarda (məsələn, implantasiya edilmiş cihazlar) toplanan enerji yeganə enerji mənbəyidir.
Buna görə də, enerji toplanması batareyaya alternativ olaraq istifadə edilə bilən və daha kiçik həcmdə təkrar doldurulan batareyaya nail ola bilən məkan praktiki texnologiya kimi görülə bilər. Batareya və ya verilən enerji ilə təchiz edilən hər hansı bir cihaz üçün enerjinin idarə edilməsi çox vacibdir. Yüksək enerji istehlakı, adətən qeyri-müntəzəm enerji təchizatı ilə optimal performans və yüksək səmərəli əməliyyatları təmin etmək üçün müəyyən dəqiqlik və dəqiqlik tələb olunur. Advanced Linear Devices, Cymbet, Linear Technology, Maxim Integrated, Spansion, StMicroelectronics və Texas Instruments daxil olmaqla bir sıra IC istehsalçıları bu bazarı hədəf aldı.
Köhnə nəsil enerji ilə müqayisədə yeni nəsil enerji təchizatı daha yüksəkdir, həcmi daha kiçikdir və enerji istehlakı daha azdır. Teorik olaraq, cihaz yaranan enerjini alacaq, sonra konvertasiya və / və ya təkan verəcək və nəhayət onu birbaşa sistemə və ya təkrar doldurulan enerji saxlama cihazına tədarük edəcək. Bəzi dizaynlar superkondensator və ya litium-ion düyməsi kimi bir növ enerji saxlama cihazına həsr oluna bilər. Çoxlu enerji saxlama cihazlarını dəstəkləyən başqa dizaynlar da var. Eynilə, bəzi dizaynlar enerji toplama formasına həsr oluna bilər və bir çox enerji formalarını dəstəkləyən başqa dizaynlar da var.
Qeyd etmək lazımdır ki, müxtəlif tətbiqlər üçün tələb olunan başlanğıc gərginliyidir. Bəzi proqramlar 20 mV-ə qədər işə salınır, lakin funksionallıq məhdud ola bilər və kifayət qədər enerji idarəetməsini təmin etmək üçün əlavə tamamlayıcı komponentlər tələb olunur. Daha yüksək inteqrasiyaya malik komponentlər daha kiçik ölçülərə malik ola bilər və ümumi statik cərəyan daha aşağıdır, lakin onu ən aşağı saxlama enerjisi səviyyəsindən daha çox asılı etmək üçün daha yüksək başlanğıc gərginliyi tələb oluna bilər. Bəzi cihazlar ultra aşağı güc sensor qovşaqlarına həsr olunmuş çox hədəflənmişdir. Digər cihazlar mikrokontroller avadanlığına əsaslanan tələblərə cavab vermək üçün daha yüksək giriş gərginliyi səviyyələrini dəstəkləyəcək, lakin enerji toplama proqramları üçün bu mikro cihazların özləri çox aşağıdır.
Enerji idarəetmə IC-nin fasiləli gücü və toplanan enerjini idarə etmək üçün kifayət qədər çevik olması vacibdir (çox vaxt qeyri-sabitdir və çox vaxt məbləği toplayır). Sistemin layihələndirilməsində bu nəzərə alınmalıdır, yəni kifayət qədər enerji saxlama qabiliyyəti, lazım olduqda daimi elektrik enerjisi ilə təmin etmək mümkündür. Bu, böyük ölçüdə sensorun oxuma tezliyindən, məlumatın ötürülmə miqdarından və ötürmə tezliyindən asılıdır.
Yüksək inteqrasiyalı Texas INSTRUMENTS enerji toplama proqramları üçün müxtəlif ultra aşağı güclü mikro cihazlar təklif edir, o cümlədən enerji idarəetmə IC-ləri, simsiz bağlantılar və mikrokontrollerlər. Şirkətin ən son BQ25570 modeli femto enerji idarəetmə həllinin yüksək inteqrasiya olunmuş enerji kolleksiyasıdır. O, enerji toplama texnikası ilə bütün standartlara və güc məhdudlaşdırılan tətbiqlər üçün bütün standartlara cavab verir.
Cihaz yığcamdır, 3.5 aparıcıdan ibarət 3.5 x 20 mm QFN paketindən istifadə edir, ultra aşağı güclü statik cərəyan 488 NA (tipik dəyər) və nəqliyyat rejimidir. 1881.5 NA. Bundan əlavə, BQ25570EVM qiymətləndirmə modulu da var. Ətraflı məhsullar və tətbiq məlumatları üçün lütfən, avadanlıq spesifikasiyası və qiymətləndirmə şurasının istifadəçi təlimatı 2-ə baxın.
Cihaz hələ də xarici kondansatör və rezistor tələb edir, lakin yüksək inteqrasiya sayəsində əlavə avadanlıq ehtiyacını minimuma endirə bilər. Aparat yüksək enerjili nəbz tezliyi modulyasiyası (PFM) gücləndirici şarj cihazı və femto güc tənzimləyicisi həllərini həyata keçirən sərt gücə və əməliyyat tələblərinə malik simsiz sensor şəbəkələri üçün idealdır. Aşağıdakı Şəkil 2-yə baxın: Aparat fotovoltaik (günəş), termoelektrik generator (TEG) və AC/DC rektifikatoru və piezoelektrik generatorlar daxil olmaqla müxtəlif yüksək empedans enerjisi ilə birlikdə istifadə edilə bilər. Soyuq başlanğıc vəziyyətindən cihazın DC / DC gücləndirici çeviricisi / şarj cihazının minimum gərginliyi 330 mV-dir. Onun fərziyyəsi aşağıdakılara əsaslanır: giriş enerji təchizatı ən azı 5 μW (tipik) təmin edir və yük çeviricisinin çıxışı 1 μA sızma cərəyanından azdır (saxlama elementinin sızma cərəyanı daxil olmaqla). Bununla belə, gücləndirici çeviricinin çıxış gərginliyi işə salındıqdan sonra 1.8 V-a çatır və cihaz üçün tələb olunan 100 MV gərginliyi enerji toplama mənbəyindən əldə etmək olar.
Dolça çeviricisi, giriş gücünü əldə etmək üçün ilk növbədə gücləndirici çeviricinin çıxışından əldə edilir, sonra isə aşağı salınma prosesini həyata keçirir və nəhayət, çıxış pininin tənzimlənməsi gərginliyini təmin edir. Buck çevirici, istifadəçinin proqramlaşdırıla bilən rezistor gərginlik bölücü tərəfindən təyin edilmiş dəyərə yaxın olması üçün gərginliyi tənzimləmək üçün PFM nəzarətindən istifadə edir. İndüktör vasitəsilə cərəyan daxili cərəyan aşkarlama dövrəsi ilə idarə olunur. Çatdırılma rejimindən etibarən vaxt təxminən 100 ms-dir, gözləmə rejimindən daha sürətli başlayır, lakin bu çıxış kondansatörünün ölçüsündən asılıdır.
BQ25570 kondensatorlar, superkapasitorlar, litium-ion batareyalar və digər kimyəvi batareyalar daxil olmaqla müxtəlif saxlama cihazları ilə istifadə edilə bilər. Sistem aşağı gücdə və ya yuxu rejimində olduqda, kollektor saxlama elementini doldurmaq üçün kifayət qədər elektrik enerjisi verəcəkdir. Enerji kollektoru işləmədikdə, batareya və ya kondansatör bütün sistem yükünü gücləndirmək üçün kifayət qədər gücə malik olmalıdır. PFM keçid şarj cihazının nəbz cərəyanını süzmək üçün ekvivalent kondansatör 100 μF saxlama elementi tələb olunur.
TI-nin istifadəçi təlimatına görə, akkumulyatorun superkondensatordan əsas fərqi odur ki, akkumulyatorda az, hətta müəyyən gərginlikdən də azdır və superkondensator var. Sistem dizaynerləri qeyd etməlidirlər ki, gücləndirici çeviricinin çıxışında DC yükünə bərabər olan əhəmiyyətli sızma cərəyanı var.
Maksimum Güc Nöqtəsinin İzlənməsi (MPPT) fotovoltaik elementin (70-80%) və TEG-in (50%) ən güclü enerjisinə və idarə olunmasına aiddir. Batareya ilə işləyən avadanlığın yüksək enerji səmərəliliyinin idarə edilməsinə daxil olan digər funksiyalar: batareyanın həddindən artıq gərginliyindən və aşağı gərginlikdən qorunma, təkrar doldurulan litium-ion batareyanın avtomatik termal bağlanması. Batareyanın vəziyyətinin dəqiq monitorinqi digər vacib xüsusiyyətdir. Sistem aşağı gərginlik vəziyyətinə düşə bilərsə, yük cərəyanının düşməsi funksiyasını da işə salmaq lazımdır.
Alternativ avadanlıq və əlavə avadanlıq Ti tərəfindən işə salınan BQ25504 və BQ25505 funksiyaları oxşardır, lakin sakit cərəyan 325 NA-dan azdır. Hər iki cihaz işə salındıqdan sonra sistemə enerji toplama mənbələrindən və ilkin batareyalardan enerji əldə etməyə imkan verən avtonom güc çoxməqsədli multipleksor darvazası sürücüsü ilə təchiz olunub, hətta kollektor olmadıqda belə, lazım olduqda daimi enerjinin təmin edilməsini təmin edir. həm də düzgün işləyir. Ultra aşağı statik cərəyan, sistem söndürülə bilmədiyi zaman çox vacibdir, beləliklə batareyanın ömrünü uzatmaq olar.
Ölçü və çəki problemlidirsə, TI daha az gücə malik xətti batareya doldurucusu olan BQ25100-ni tövsiyə edir, xüsusilə tək litium-ion düymələri üçün uyğundur. Cihaz 0.9 x 1.6 mm WCSP ilə əhatə olunub, 30 V-a qədər giriş gərginliyini dəstəkləyir və sürətli doldurma cərəyanını 10 mA ilə 250 mA arasında dəqiq idarə etməyə imkan verir.
Tamamlayıcı avadanlıq TPS82740A və TPS8274B buck çevirici modulları 200 mA çıxış cərəyanını dəstəkləyir, çevrilmə səmərəliliyi 95%-ə qədər yüksəkdir, istehlak edilən sakit cərəyan cəmi 360 NA, 70 NA isə 70 NA-dır. 6.7 mm2 paketdə keçid tənzimləyicisi, induktor və giriş/çıxış kondensatoru var. Bütün zəruri passiv cihazları birləşdirərək, cihazın həcmi eyni diskret həlldən 75% kiçikdir. TPS82740A ultra aşağı gərginlikli bir tətbiqdir və TPS8274B, məsələn, Ti üçün Ti kimi enerjinin idarə edilməsi üçün uyğun olan "DCS Control" funksiyasına malikdir. MSP430 seriyası.
yekunda Enerji toplama texnologiyasının portativ tətbiqini seçmək üçün müvafiq enerji idarəetmə IC-ni seçmək üçün sistemin güc tələblərini, enerji istehsal potensialını və enerji saxlama qabiliyyətini diqqətlə nəzərdən keçirməlisiniz. Güc diapazonunun aşağı nöqtələrində (məsələn, simsiz sensor qovşaqları) və ya TEG tərəfindən yaradılan enerji çox kiçikdirsə, cihazın seçimi daha məhduddur. Kiçik ölçü və yüngül çəki ən yaxşı prioritetdirsə, bu məqalənin bir neçəsi kimi daha yüksək inteqrasiyanı, bəlkə də ən yaxşı həll yolunu seçin.
Bizim digər məhsul:
