ენერგიის შეგროვება ძირითადად განიხილება, როგორც ელექტრომომარაგების მეთოდი ელექტრომომარაგებისთვის ელექტრო მოწყობილობებისთვის, რომლებიც უნდა დაემატოს ელექტრომომარაგებას ან ბატარეის გარდა. ხშირ შემთხვევაში, აპლიკაციებს, რომლებიც იყენებენ ენერგეტიკულ კოლექციებს, ხშირად არ აქვთ საკმარისი სივრცე დიდი მოცულობის დასატევად. ტიპიური მაგალითები მოიცავს ტარების ტექნოლოგიებს, როგორიცაა ფიტნეს გაჯეტები და ჯანმრთელობის მონიტორინგის მოწყობილობები, ასევე უკაბელო სენსორული კვანძები, როგორიცაა გარემოს ან სტრუქტურული სტატუსის მონიტორინგის აპლიკაციები.
როგორც წესი, ენერგია, რომელიც გროვდება ეკოლოგიური ენერგიის წყაროებიდან, როგორიცაა მზის ენერგია, ვიბრაცია ან ტემპერატურის სხვაობა, ეფექტურად უნდა იქნას გამოყენებული გადასვლის, გაძლიერების და დროებითი შენახვის შემდეგ. დღესდღეობით, ენერგიის შეგროვების აპლიკაციებითა და ენერგიის მართვის ინტეგრირებული სქემებით გამოშვებული კომპანიები სულ უფრო იზრდება. მაგრამ ზეწოლა დგას, რათა უზრუნველყოფილი იყოს, რომ ეს მოწყობილობები ინტეგრირებულია მრავალფუნქციური მუშაობის გასაადვილებლად და ზომა უნდა იყოს რაც შეიძლება მცირე. ეჭვგარეშეა, რომ თავად აღჭურვილობის ენერგიის მოხმარება ძალიან დაბალია.
ეს სტატია ასახავს სწრაფად ტარებადი ელექტრონული აღჭურვილობის ბაზრების მინიატურიზაციის საჭიროებებს და მათთან დაკავშირებულ აპლიკაციებს და განიხილავს ბოლო დროს BQ25570 გამაძლიერებელ დამტენს ინტეგრირებული ბუკ კონვერტორებით და მსგავსი ალტერნატივებისა და დამატებითი კომპონენტების სერიას. ეს სტატია მიმართავს TI-ს მომხმარებლის სახელმძღვანელოს, აგიხსნით, როგორ ეფექტურად გამოიყენოთ მოწყობილობა დაბალი სიმძლავრის, სივრცის/წონის ლიმიტის ულტრაცენირებისთვის.
მეტი ფუნქციები დღეს, უფრო მეტად ტარებადი მოწყობილობებია, რომლებიც თვალყურს ადევნებენ ფიტნეს გეგმას ჯანმრთელობის მდგომარეობის მონიტორინგისა და ჯანმრთელობის დაცვის პირობების უზრუნველსაყოფად და სამედიცინო სერვისების უზრუნველსაყოფად. როგორც პორტატული მოწყობილობების უმეტესობა, ეს ტენდენცია ხელს შეუწყობს აღჭურვილობის ფუნქციების ზრდას მომხმარებლების მოლოდინით. თუ GPS მოწყობილობა ჩართულია გულისცემის მონიტორში, თვალყური ადევნეთ ჩაწერის ზარის ნომერს ან გაშვებულ მარშრუტს, გულისცემის მონიტორი უფრო უპირატესი იქნება. ამჟამად, თანამედროვე ტანსაცმლის ჯანმრთელობის მონიტორინგის მოწყობილობას შეუძლია აკონტროლოს არტერიული წნევა, სხეულის ტემპერატურა, სისხლში ჟანგბადის შემცველობა, გულისცემა და აქტივობა.
სურათი 1: ენერგიის შეგროვება იქნება საკვანძო ტექნოლოგია მრავალი ტარებადი ელექტრონული მოწყობილობის აპლიკაციებში.
მარცხნივ: Sensoria-ს ჭკვიან წინდებს, რომლებიც აღჭურვილია წნევის სენსორებით, შეუძლიათ ფეხის რგოლებთან კომუნიკაცია Bluetooth-ის საშუალებით, რათა დაეხმაროს სირბილის პოზების იდენტიფიცირებას და გაუმჯობესებას (ქუსლი/ფეხი). სხვა სენსორებს შეუძლიათ აკონტროლონ ჩანაწერები, სიჩქარე, მოხმარებული კალორიები, სიმაღლეები და დისტანციები.
მარჯვნივ: Fraunhofer Institute R & D. ხანდაზმულთა ჯგუფისთვის ტარებად დამხმარე აღჭურვილობას შეუძლია უზრუნველყოს პროგრამირებადი სერვისების სერია, როგორიცაა წამლის შეხსენებების მიღება, ჯანმრთელობის მონიტორინგი და სასწრაფო დახმარების ზარები.
უსადენო კავშირი აადვილებს შეგროვებული მონაცემების გადატანას და შენახვას შემდგომი ანალიზისთვის. უსადენო სენსორული ქსელები, როგორც ნივთების ინტერნეტის ნაწილი, არსებითია ისეთ აპლიკაციებში, როგორიცაა ინტელექტუალური შენობები და გარემოს მონიტორინგი, და ამ აპლიკაციებში მრავალი სენსორიდან მიღებული მონაცემები უნდა იყოს შედგენილი. ამის გამო, ინტეგრირებული სენსორები, რადიოსიხშირული სქემები და უფრო ზუსტი მიკროკონტროლერები სულ უფრო და უფრო იზრდება ჭკვიან საათებში, ბიომეტრიულ მონიტორში, ID ტეგების პროდუქტებში, სენსორულ კვანძებში და სხვა აცვიათ ან დისტანციურ აპლიკაციებში.
თუმცა, ასეთ მრავალფუნქციურ მოწყობილობებს უპირატესობა უნდა მიენიჭოთ, გარდა გონივრული ბატარეისა, ის ასევე მოითხოვს მსუბუქ წონას, მცირე ზომას და კომფორტს. დიზაინერებმა გამოიყენეს ენერგიის შეგროვების ტექნიკა, რათა ეფექტურად გამოეყენებინათ გარემო ენერგია, როგორიცაა სხეულის სითბო ან ნაბიჯები, რათა ბატარეა განაგრძოს დატენვა. გარკვეულ მოწყობილობებში (როგორიცაა იმპლანტირებული მოწყობილობები), შეგროვებული ენერგია ენერგიის ერთადერთი წყაროა.
ამრიგად, ენერგიის შეგროვება შეიძლება განიხილებოდეს, როგორც სივრცითი პრაქტიკული ტექნოლოგია, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბატარეის ალტერნატივაში და შეიძლება მიაღწიოს დატენვის ბატარეის უფრო მცირე მოცულობას. ნებისმიერი მოწყობილობისთვის, რომელიც იკვებება ბატარეით ან მიწოდებული ენერგიით, ენერგიის მართვა ძალზე მნიშვნელოვანია. ოპტიმალური შესრულებისა და მაღალი ეფექტურობის ოპერაციების უზრუნველსაყოფად მაღალი ენერგიის მოხმარებით, ჩვეულებრივ, არარეგულარული კვების წყაროებით, საჭიროა გარკვეული სიზუსტე და სიზუსტე. IC-ის რამდენიმე მწარმოებელმა მიმართა ამ ბაზარს, მათ შორის Advanced Linear Devices, Cymbet, Linear Technology, Maxim Integrated, Spansion, StMicroelectronics და Texas Instruments.
ძველი თაობის ელექტროენერგიასთან შედარებით, ახალი თაობის დენის წყაროები უფრო მაღალია, მოცულობა უფრო მცირეა და ელექტროენერგიის მოხმარება დაბალია. თეორიულად, მოწყობილობა მიიღებს მიღებულ ენერგიას, შემდეგ კი კონვერტაციას ან/და გაძლიერებას და საბოლოოდ მიაწოდებს მას პირდაპირ სისტემას ან დატენვის ენერგიის შესანახ მოწყობილობას. ზოგიერთი დიზაინი შეიძლება მიეძღვნა ენერგიის შესანახი მოწყობილობის ტიპს, როგორიცაა სუპერკონდენსატორი ან ლითიუმის იონის ღილაკი. ასევე არსებობს სხვა დიზაინები, რომლებიც მხარს უჭერენ ენერგიის შესანახ მრავალ მოწყობილობას. ანალოგიურად, ზოგიერთი დიზაინი შეიძლება მიეძღვნა ენერგიის შეგროვების ფორმას, და არის სხვა დიზაინი, რომელიც მხარს უჭერს ენერგიის მრავალ ფორმას.
გასათვალისწინებელია გაშვების ძაბვა, რომელიც საჭიროა სხვადასხვა აპლიკაციებისთვის. ზოგიერთი აპლიკაცია დაწყებულია 20 მვ-მდე, მაგრამ ფუნქციონირება შეიძლება შეზღუდული იყოს და დამატებითი დამატებითი კომპონენტებია საჭირო ენერგიის საკმარისი მართვის უზრუნველსაყოფად. უფრო მაღალი ინტეგრაციის მქონე კომპონენტებს შეიძლება ჰქონდეთ უფრო მცირე ზომა და საერთო სტატიკური დენი უფრო დაბალია, მაგრამ შეიძლება საჭირო გახდეს უფრო მაღალი საწყისი ძაბვა, რათა ის უფრო მეტად იყოს დამოკიდებული შენახვის ენერგიის ყველაზე დაბალ დონეზე. ზოგიერთი მოწყობილობა ძალიან მიზანმიმართულია, ეძღვნება ულტრა დაბალი სიმძლავრის სენსორულ კვანძებს. სხვა მოწყობილობები მხარს უჭერენ შეყვანის ძაბვის მაღალ დონეებს მიკროკონტროლერების აღჭურვილობაზე დაფუძნებული მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, მაგრამ ენერგიის შეგროვების აპლიკაციებისთვის ეს მიკრო მოწყობილობები თავად ძალიან დაბალია.
მნიშვნელოვანია, რომ ელექტროენერგიის მართვის IC უნდა იყოს საკმარისად მოქნილი, რათა გაუმკლავდეს წყვეტილ ენერგიას და შეგროვებულ ენერგიას (ხშირად არასტაბილური და ხშირად აგროვებს რაოდენობას). ეს აუცილებლად გასათვალისწინებელია სისტემის დიზაინში, ანუ საკმარისი ენერგიის შესანახი სიმძლავრე, საჭიროების შემთხვევაში შესაძლებელია მუდმივი ელექტროენერგიის მიწოდება. ეს დიდწილად დამოკიდებულია სენსორის წაკითხვის სიხშირეზე, მონაცემთა გადაცემის რაოდენობაზე და გადაცემის სიხშირეზე.
მაღალი ინტეგრაციის Texas INSTRUMENTS გთავაზობთ სხვადასხვა ულტრა დაბალი სიმძლავრის მიკრო მოწყობილობებს ენერგიის შეგროვების აპლიკაციებისთვის, მათ შორის ენერგიის მართვის IC-ებს, უკაბელო კავშირებს და მიკროკონტროლერებს. კომპანიის უახლესი BQ25570 არის ფემტო ენერგიის მართვის გადაწყვეტის მაღალი ინტეგრირებული ენერგიის კოლექცია. ის აკმაყოფილებს ენერგიის შეგროვების ყველა სტანდარტს და ყველა სტანდარტს ელექტროენერგიის შეზღუდული აპლიკაციებისთვის.
მოწყობილობა კომპაქტურია, იყენებს 3.5 x 3.5 მმ QFN პაკეტს 20 ჩიხით, ულტრა დაბალი სიმძლავრის სტატიკური დენი არის 488 NA (ტიპიური მნიშვნელობა) და ტრანსპორტირების რეჟიმი არის. 1881.5 NA. გარდა ამისა, ასევე არის BQ25570EVM შეფასების მოდული. დეტალური პროდუქტებისა და განაცხადის ინფორმაციისთვის, გთხოვთ, იხილეთ აღჭურვილობის სპეციფიკაციები და შეფასების დაფის მომხმარებლის სახელმძღვანელო 2.
მოწყობილობას ჯერ კიდევ სჭირდება გარე კონდენსატორი და რეზისტორი, მაგრამ მაღალი ინტეგრაციის გამო, მას შეუძლია მინიმუმამდე დაიყვანოს დამატებითი აღჭურვილობის საჭიროება. აპარატი იდეალურია უკაბელო სენსორული ქსელებისთვის მკაცრი სიმძლავრისა და ოპერაციული მოთხოვნების მქონე, მაღალი ენერგიის პულსის სიხშირის მოდულაციის (PFM) გამაძლიერებელი დამტენის და ფემტო სიმძლავრის გადამყვანის გადაწყვეტილებების დანერგვით. იხილეთ სურათი 2 ქვემოთ: აპარატის გამოყენება შესაძლებელია სხვადასხვა მაღალი წინაღობის ენერგიასთან ერთად, მათ შორის ფოტოელექტრული (მზის), თერმოელექტრული გენერატორი (TEG) და AC/DC გამსწორებელი და პიეზოელექტრული გენერატორები. ცივი დაწყების მდგომარეობიდან, მოწყობილობის DC/DC გამაძლიერებელი გადამყვანი/დამტენის მინიმალური ძაბვა არის 330 მვ. მისი ჰიპოთეზა ემყარება შემდეგს: შეყვანის ელექტრომომარაგება უზრუნველყოფს მინიმუმ 5 μW (ტიპიური) და დატვირთვის გადამყვანის გამომავალი 1 μA-ზე ნაკლები გაჟონვის დენი (მათ შორის საცავის ელემენტის გაჟონვის დენი). თუმცა, გამაძლიერებელი გადამყვანის გამომავალი ძაბვა მუშაობის შემდეგ აღწევს 1.8 ვტ-ს, ხოლო მოწყობილობისთვის საჭირო 100 MV ძაბვის მიღება შესაძლებელია ენერგიის შეგროვების წყაროდან.
Buck კონვერტორი ჯერ მიიღება გამაძლიერებელი კონვერტორის გამომავალიდან შეყვანის სიმძლავრის მისაღებად, შემდეგ კი ასრულებს ნაბიჯ-დაწევის პროცესს და ბოლოს უზრუნველყოფს გამომავალი პინისთვის რეგულირების ძაბვას. Buck Converter იყენებს PFM კონტროლს ძაბვის დასარეგულირებლად, რათა ის ახლოს იყოს მომხმარებლის პროგრამირებადი რეზისტორის ძაბვის გამყოფის მიერ დადგენილ მნიშვნელობასთან. ინდუქტორის მეშვეობით დენი კონტროლდება შიდა დენის გამოვლენის სქემით. მიწოდების რეჟიმიდან, დრო დაახლოებით 100 ms-ია, ლოდინის რეჟიმიდან უფრო სწრაფად იწყება, მაგრამ ეს დამოკიდებულია გამომავალი კონდენსატორის ზომაზე.
BQ25570 შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა შესანახ მოწყობილობებთან, მათ შორის კონდენსატორები, სუპერკონდენსატორები, ლითიუმის იონური ბატარეები და სხვა ქიმიური ბატარეები. როდესაც სისტემა დაბალი სიმძლავრის ან ძილის რეჟიმშია, კოლექტორი უზრუნველყოფს საკმარის ელექტრო ენერგიას შენახვის ელემენტის დასატენად. როდესაც ენერგიის კოლექტორი არ მუშაობს, ბატარეას ან კონდენსატორს უნდა ჰქონდეს საკმარისი სიმძლავრე მთელი სისტემის დატვირთვისთვის. PFM გადართვის დამტენის პულსის დენის გასაფილტრად საჭიროა ექვივალენტური კონდენსატორის 100 μF შესანახი ელემენტი.
TI-ს მომხმარებლის სახელმძღვანელოს მიხედვით, მთავარი განსხვავება ბატარეასა და სუპერკონდენსატორს შორის არის ის, რომ ბატარეაში ცოტაა და გარკვეულ რაოდენობაზე ნაკლები ძაბვაც და არის სუპერკონდენსატორი. სისტემის დიზაინერებმა უნდა გაითვალისწინონ, რომ არის მნიშვნელოვანი გაჟონვის დენი, რომელიც ექვივალენტურია DC დატვირთვის გამაძლიერებელი გადამყვანის გამომავალზე.
მაქსიმალური სიმძლავრის წერტილის თვალყურის დევნება (MPPT) ეხება ფოტოელექტრული უჯრედების (70-დან 80%-მდე) და TEG-ის (50%) ყველაზე მძლავრ ენერგიას და მართვას. ბატარეაზე მომუშავე აღჭურვილობის მაღალი ენერგოეფექტურობის მენეჯმენტის სხვა ფუნქციები მოიცავს: ბატარეის გადაჭარბებული ძაბვისა და ძაბვისგან დაცვას, დატენვის ლითიუმ-იონური ბატარეის ავტომატური თერმული გამორთვას. ბატარეის მდგომარეობის ზუსტი მონიტორინგი კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფუნქციაა. თუ სისტემა შეიძლება შევიდეს დაბალ ძაბვის მდგომარეობაში, ასევე აუცილებელია დატვირთვის დენის ვარდნის ფუნქციის ამოქმედება.
ალტერნატიული აღჭურვილობა და დანამატი აღჭურვილობა Ti-ს მიერ გაშვებული BQ25504 და BQ25505 ფუნქციები მსგავსია, მაგრამ მშვიდი დენი არის 325 NA-ზე ნაკლები. ორივე მოწყობილობა აღჭურვილია ავტონომიური სიმძლავრის მრავალფუნქციური მულტიპლექსერის კარიბჭის დრაივერით, ერთხელ დაწყების შემდეგ, რაც სისტემას აძლევს ენერგიის მოპოვების საშუალებას ენერგიის შეგროვების წყაროებიდან და პირველადი ბატარეებიდან, რაც უზრუნველყოფს მუდმივ ენერგიას საჭიროების შემთხვევაში, მაშინაც კი, როდესაც კოლექტორი არ არის ხელმისაწვდომი. ასევე მუშაობს გამართულად. ულტრა დაბალი სტატიკური დენი ძალიან მნიშვნელოვანია, როდესაც სისტემა არ არის გამორთვა, რათა ბატარეის ხანგრძლივობა შეიძლება გაგრძელდეს.
თუ ზომა და წონა პრობლემაა, TI რეკომენდაციას უწევს BQ25100-ს, რომელიც არის ხაზოვანი ბატარეის დამტენი დაბალი სიმძლავრის მქონე, განსაკუთრებით შესაფერისი ლითიუმის იონური ღილაკებისთვის. მოწყობილობა მოთავსებულია 0.9 x 1.6 მმ WCSP-ით, მხარს უჭერს 30 ვ-მდე შეყვანის ძაბვას, რაც საშუალებას იძლევა სწრაფად დატენვის დენი ზუსტად კონტროლდებოდეს 10 mA-დან 250 mA-მდე.
დამატებითი აღჭურვილობა TPS82740A და TPS8274B ბუქ კონვერტორის მოდულები მხარს უჭერენ 200 mA გამომავალ დენს, კონვერტაციის ეფექტურობა არის 95%, მოხმარებული მშვიდი დენი მხოლოდ 360 NA და 70 NA არის 70 NA. 6.7 მმ2 პაკეტი შეიცავს გადართვის რეგულატორს, ინდუქტორს და I/O კონდენსატორს. ყველა საჭირო პასიური მოწყობილობის ინტეგრირებით, მოწყობილობის მოცულობა 75%-ით ნაკლებია იმავე დისკრეტულ ხსნარზე. TPS82740A არის ულტრა დაბალი ძაბვის აპლიკაცია და TPS8274B აქვს "DCS Control" ფუნქცია, რომელიც შესაფერისია ენერგიის მართვისთვის, როგორიცაა Ti, მაგალითად, Ti. MSP430 სერია.
დასკვნის სახით ენერგიის შეგროვების ტექნოლოგიის პორტატული აპლიკაციის შესარჩევად, აირჩიეთ ენერგიის მართვის შესაბამისი IC, საჭიროა ყურადღებით გაითვალისწინოთ სისტემის ენერგიის მოთხოვნები, ენერგიის გამომუშავების პოტენციალი და ენერგიის შენახვის სიმძლავრე. სიმძლავრის დიაპაზონის დაბალ ბოლოებზე (როგორიცაა უკაბელო სენსორული კვანძები), ან თუ TEG-ის მიერ გამომუშავებული ენერგია ძალიან მცირეა, მოწყობილობის არჩევანი უფრო შეზღუდულია. თუ მცირე ზომა და მსუბუქი წონა საუკეთესო პრიორიტეტია, მაშინ აირჩიეთ უფრო მაღალი ინტეგრაცია, როგორიცაა ამ სტატიიდან რამდენიმე, შესაძლოა საუკეთესო გამოსავალი.
ჩვენი სხვა პროდუქტი:
