Pengumpulan energi terutama dilihat sebagai metode catu daya untuk catu daya ke perangkat elektronik yang perlu ditambahkan ke catu daya atau selain baterai. Dalam banyak kasus, aplikasi yang menggunakan kumpulan energi seringkali tidak memiliki ruang yang cukup untuk menampung volume besar. Contoh umum termasuk teknologi yang dapat dikenakan seperti gadget kebugaran dan perangkat pemantauan kesehatan, serta node sensor nirkabel seperti aplikasi pemantauan status lingkungan atau struktural.
Biasanya, energi yang dikumpulkan dari sumber energi lingkungan seperti energi matahari, getaran atau perbedaan suhu, perlu dimanfaatkan secara efektif setelah transisi, peningkatan, dan penyimpanan sementara. Saat ini, sejumlah perusahaan yang diluncurkan oleh aplikasi pengumpulan energi dan sirkuit terpadu manajemen daya semakin meningkat. Tetapi tekanan yang dihadapi, untuk memastikan bahwa perangkat ini sangat terintegrasi untuk memfasilitasi operasi multi-fungsi, dan ukurannya harus sekecil mungkin. Tidak ada keraguan bahwa konsumsi daya peralatan itu sendiri sangat rendah.
Artikel ini akan menguraikan kebutuhan miniaturisasi pasar peralatan elektronik yang dapat dipakai dengan cepat dan aplikasi terkaitnya, dan membahas baru-baru ini, pengisi daya penguat BQ25570 dengan konverter buck terintegrasi, dan serangkaian alternatif serupa dan komponen pelengkap. Artikel ini akan merujuk ke panduan pengguna TI, menjelaskan cara efektif menggunakan perangkat untuk daya rendah ultracen, batas ruang / berat.
Lebih banyak fitur Saat ini, semakin banyak perangkat yang dapat dikenakan yang melacak rencana kebugaran untuk memantau status kesehatan dan memberikan kondisi perawatan kesehatan dan menyediakan layanan medis. Seperti kebanyakan perangkat portabel, tren ini akan mendorong peningkatan fungsi peralatan dengan harapan konsumen. Jika perangkat GPS terintegrasi dalam monitor detak jantung, melacak nomor dering rekaman atau rute lari, monitor detak jantung akan lebih disukai. Saat ini, alat pemantau kesehatan wearable modern dapat memantau tekanan darah, suhu tubuh, kandungan oksigen darah, detak jantung, dan aktivitas.
Gambar 1: Pengumpulan energi akan menjadi teknologi utama dalam banyak aplikasi perangkat elektronik yang dapat dikenakan.
Kiri: Kaus kaki pintar Sensoria, dilengkapi dengan sensor tekanan, dapat berkomunikasi dengan cincin kaki melalui Bluetooth untuk membantu mengidentifikasi dan memperbaiki postur berlari (tumit / kaki). Sensor lain dapat melacak catatan, kecepatan, konsumsi kalori, ketinggian, dan jarak.
Kanan: Fraunhofer Institute R & D Peralatan bantu yang dapat dikenakan untuk kelompok lansia dapat menyediakan serangkaian layanan yang dapat diprogram seperti mengambil pengingat obat, pemantauan kesehatan, dan panggilan bantuan darurat.
Koneksi nirkabel memudahkan untuk mentransfer dan menyimpan data yang dikumpulkan untuk analisis nanti. Jaringan sensor nirkabel sebagai bagian dari Internet of Things, sangat penting dalam aplikasi seperti bangunan cerdas dan pemantauan lingkungan, dan data dari banyak sensor dalam aplikasi ini harus dikompilasi. Karena itu, sensor terintegrasi, sirkuit frekuensi radio, dan mikrokontroler yang lebih presisi semakin meningkat di jam tangan pintar, monitor biometrik, produk tag ID, node sensor, dan aplikasi lain yang dapat dikenakan atau jarak jauh.
Namun, perangkat multi-fungsi seperti itu harus disukai, kecuali untuk masa pakai baterai yang wajar, juga membutuhkan bobot yang ringan, ukuran kecil dan kenyamanan. Desainer telah menggunakan teknik pengumpulan energi untuk memanfaatkan energi lingkungan secara efektif seperti panas tubuh atau langkah kaki, sehingga baterai terus terisi daya. Pada perangkat tertentu (seperti perangkat implan), energi yang dikumpulkan adalah satu-satunya sumber energi.
Oleh karena itu, pengumpulan energi dapat dilihat sebagai teknologi praktis spasial yang dapat digunakan sebagai alternatif untuk baterai, dan dapat mencapai volume baterai isi ulang yang lebih kecil. Untuk perangkat apa pun yang ditenagai oleh baterai atau energi yang disuplai, manajemen daya sangat penting. Untuk memastikan kinerja optimal dan operasi efisiensi tinggi dengan konsumsi daya tinggi, biasanya catu daya tidak teratur, memerlukan akurasi dan presisi tertentu. Sejumlah produsen IC telah membidik pasar ini, termasuk Advanced Linear Devices, Cymbet, Linear Technology, Maxim Integrated, Spansion, StMicroelectronics, dan Texas Instruments.
Dibandingkan dengan daya generasi lama, catu daya generasi baru lebih tinggi, volumenya lebih kecil, dan konsumsi dayanya lebih rendah. Secara teori, perangkat akan mendapatkan energi yang dihasilkan, dan kemudian konversi dan/atau boost, dan akhirnya memasoknya langsung ke sistem atau perangkat penyimpanan energi yang dapat diisi ulang. Beberapa desain dapat didedikasikan untuk jenis perangkat penyimpanan energi seperti superkapasitor atau tombol lithium ion. Ada juga desain lain yang mendukung beberapa perangkat penyimpanan energi. Demikian pula, beberapa desain mungkin didedikasikan untuk suatu bentuk pengumpulan energi, dan ada desain lain yang mendukung berbagai bentuk energi.
Fokus yang perlu diperhatikan adalah tegangan startup yang diperlukan untuk aplikasi yang berbeda. Beberapa aplikasi dimulai pada 20 mV, tetapi fungsinya mungkin terbatas, dan komponen pelengkap tambahan diperlukan untuk menyediakan manajemen daya yang memadai. Komponen dengan integrasi yang lebih tinggi mungkin memiliki ukuran yang lebih kecil, dan arus statis keseluruhan lebih rendah, tetapi tegangan awal yang lebih tinggi mungkin diperlukan untuk membuatnya lebih bergantung pada tingkat energi penyimpanan terendah. Beberapa perangkat sangat ditargetkan, didedikasikan untuk node sensor daya sangat rendah. Perangkat lain akan mendukung level tegangan input yang lebih tinggi untuk memenuhi persyaratan berdasarkan peralatan mikrokontroler, tetapi untuk aplikasi pengumpulan energi, perangkat mikro ini sendiri sangat rendah.
Penting bahwa IC manajemen daya harus cukup fleksibel untuk menangani daya yang terputus-putus dan energi yang terkumpul (seringkali tidak stabil, dan sering kali mengumpulkan jumlahnya). Hal ini harus diperhatikan dalam perancangan sistem, yaitu kapasitas penyimpanan energi yang cukup, dimungkinkan untuk menyediakan listrik yang konstan saat dibutuhkan. Ini sebagian besar tergantung pada frekuensi baca sensor, dan jumlah transmisi data dan frekuensi transmisi.
INSTRUMEN Texas integrasi tinggi menawarkan berbagai perangkat mikro berdaya sangat rendah untuk aplikasi pengumpulan energi, termasuk IC manajemen daya, koneksi nirkabel, dan mikrokontroler. BQ25570 terbaru perusahaan adalah kumpulan energi terintegrasi tinggi dari solusi manajemen daya femto. Ini memenuhi semua standar dengan teknik pengumpulan energi dan semua standar untuk aplikasi yang dibatasi daya.
Perangkat ini kompak, menggunakan paket QFN 3.5 x 3.5 mm dari 20 lead, arus statis daya ultra-rendah adalah 488 NA (nilai tipikal), dan mode transportasinya adalah. 1881.5 NA. Selain itu, ada juga modul evaluasi BQ25570EVM. Untuk detail produk dan informasi aplikasi, silakan lihat spesifikasi peralatan dan panduan pengguna papan evaluasi 2.
Perangkat masih membutuhkan kapasitor dan resistor eksternal, tetapi karena integrasi yang tinggi, dapat meminimalkan kebutuhan akan peralatan tambahan. Peralatan ini ideal untuk jaringan sensor nirkabel dengan daya yang keras dan persyaratan operasional, menerapkan pengisi daya penguat modulasi frekuensi pulsa (PFM) energi tinggi dan solusi konverter buck daya femto. Lihat Gambar 2 di bawah ini: Peralatan dapat digunakan bersama dengan berbagai energi impedansi tinggi, termasuk fotovoltaik (solar), generator termoelektrik (TEG), dan penyearah AC/DC dan generator piezoelektrik. Dari kondisi start dingin, tegangan minimum perangkat DC/DC boost converter/charger adalah 330 mV. Hipotesisnya didasarkan pada: catu daya input menyediakan setidaknya 5 W (tipikal), dan output konverter beban kurang dari 1 A arus bocor (termasuk arus bocor elemen penyimpanan). Namun, tegangan output konverter boost mencapai 1.8 V setelah dijalankan, dan tegangan 100 MV yang diperlukan untuk perangkat dapat diperoleh dari sumber pengumpulan energi.
Konverter buck pertama-tama diperoleh dari output boost converter untuk mendapatkan daya input, dan kemudian melakukan proses step-down, dan akhirnya memberikan tegangan penyesuaian untuk pin output. Konverter uang menggunakan kontrol PFM untuk menyesuaikan tegangan agar mendekati nilai yang ditetapkan oleh pembagi tegangan resistor yang dapat diprogram pengguna. Arus melalui induktor dikendalikan oleh rangkaian pendeteksi arus internal. Dari waktu mode pengiriman, waktunya sekitar 100 ms, dari mode siaga mulai lebih cepat, tetapi ini tergantung pada ukuran kapasitor keluaran.
BQ25570 dapat digunakan dengan berbagai perangkat penyimpanan, termasuk kapasitor, superkapasitor, baterai lithium ion, dan baterai kimia lainnya. Ketika sistem dalam mode daya rendah atau mode tidur, kolektor akan menyediakan energi listrik yang cukup untuk mengisi elemen penyimpanan. Ketika pengumpul energi tidak bekerja, baterai atau kapasitor harus memiliki daya yang cukup untuk memberi daya pada seluruh beban sistem. Sebuah kapasitor setara 100 F elemen penyimpanan diperlukan untuk menyaring arus pulsa dari pengisi daya switching PFM.
Menurut panduan pengguna TI, perbedaan utama antara baterai dan superkapasitor adalah ada sedikit di dalam baterai, dan bahkan kurang dari jumlah tegangan tertentu, dan ada superkapasitor. Perancang sistem perlu mencatat bahwa ada arus bocor yang signifikan, yang setara dengan beban DC pada output boost converter.
Pelacakan Titik Daya Maksimum (MPPT) mengacu pada energi dan pengelolaan sel fotovoltaik yang paling kuat (70 hingga 80%) dan TEG (50%). Fungsi lain bahwa peralatan bertenaga baterai manajemen efisiensi energi yang tinggi meliputi: tegangan lebih baterai dan perlindungan tegangan rendah, shutdown termal otomatis dari baterai lithium ion isi ulang. Pemantauan status baterai yang akurat adalah fitur penting lainnya. Jika sistem dapat memasuki kondisi undervoltage, itu juga perlu untuk memicu fungsi penurunan arus beban.
Peralatan alternatif dan peralatan pelengkap Fungsi BQ25504 dan BQ25505 yang diluncurkan oleh Ti serupa, tetapi arus diam kurang dari 325 NA. Kedua perangkat dilengkapi dengan driver gerbang multiplekser multiguna daya otonom, setelah dimulai, memungkinkan sistem memperoleh energi dari sumber pengumpulan energi dan baterai primer, memastikan bahwa daya konstan disediakan saat dibutuhkan, bahkan saat kolektor tidak tersedia. juga bekerja dengan benar. Arus statis ultra-rendah sangat penting ketika sistem berisi tidak dapat dimatikan, sehingga masa pakai baterai dapat diperpanjang.
Jika ukuran dan beratnya bermasalah, TI merekomendasikan BQ25100, yang merupakan pengisi daya baterai linier dengan daya yang lebih rendah, terutama cocok untuk tombol ion lithium tunggal. Perangkat ini dienkapsulasi oleh WCSP 0.9 x 1.6 mm, mendukung tegangan input hingga 30 V, memungkinkan arus pengisian cepat dikontrol secara akurat dalam 10 mA hingga 250 mA.
Modul konverter buck TPS82740A dan TPS8274B peralatan pelengkap mendukung arus keluaran 200 mA, efisiensi konversi setinggi 95%, arus diam yang dikonsumsi hanya 360 NA, dan 70 NA adalah 70 NA. Paket 6.7 mm2 berisi regulator switching, induktor, dan kapasitor I / O. Dengan mengintegrasikan semua perangkat pasif yang diperlukan, volume perangkat adalah 75% lebih kecil dari solusi diskrit yang sama. TPS82740A adalah aplikasi tegangan sangat rendah, dan TPS8274B memiliki fitur "Kontrol DCS", yang cocok untuk manajemen daya, seperti Ti, misalnya, Ti. seri MSP430.
kesimpulan Untuk memilih aplikasi portabel teknologi pengumpulan energi, pilih IC manajemen daya yang sesuai, Anda perlu mempertimbangkan dengan cermat kebutuhan daya sistem, potensi pembangkitan energi, dan kapasitas penyimpanan energi. Di ujung bawah rentang daya (seperti node sensor nirkabel), atau jika energi yang dihasilkan oleh TEG sangat kecil, pemilihan perangkat lebih terbatas. Jika ukuran kecil dan ringan adalah prioritas terbaik, maka pilih integrasi yang lebih tinggi, seperti beberapa artikel ini, mungkin solusi terbaik.
produk kami yang lain:
