能源危机之下的能量收集之道
能量收集的概念早在10年前就已经提出,然而在现实环境中,由环境能源供电的系统一直很笨重、复杂和昂贵。不过有些市场已经成功地采用了能量收集方法,如交通运输基础设施、无线医疗设备和楼宇自动化市场。尤其是在楼宇自动化系统中,诸如占位传感器、自动调温器甚至光控开关等,以前安装时通常使用的电源或控制配线,现在已经不需要了,取而代之是,它们采用了局部能量收集系统。
凌力尔特、德州仪器、意法半导体等半导体厂商针对能量收集领域进行了新品研发,我们一起来看一下哪些神奇的方法能够将分散的能量收集起来,从而起到节能环保的作用。
凌力尔特完整的能量采集解决方案 LTC3588-1,其集成一个低损耗、全波桥式整流器和一个高效率降压型转换器,以通过压电传感器收集环境中的振动能量,然后将这种能量转换成良好调节的输出,以为应用微控制器、传感器、数据转换器和无线传输组件供电。其输入电压:2.7V 至 20V;其高效率降压型 DC/DC转换器提供高达 100mA 的连续输出电流或甚至更高的脉冲负载;其输出可以设定为 4 个固定电压之一 (1.8V、2.5V、3.3V 或 3.6V),以为无线发送器或传感器供电。输出处于稳定状态时 (无负载时) 静态电流仅为 950nA。
凌力尔特面向能量收集的超低电压20mV升压型转换器和电源管理器,这是凌力尔特推出的升压型 DC/DC 转换器 LTC3108,该器件专为在采用极低输入电压电源的情况下启动和运行而设计,其 2.2V LDO 可为一个外部微控制器供电,同时其主输出可用引脚在 4 个 (2.35V、3.3V、4.1V 或 5V) 固定电压中选择一个,为无线发送器或传感器供电。第二个开关输出可由主器件启动,以为没有微功率停机功能的器件供电。甚至在输入能源无法得到时,增加一个存储电容器来提供连续功率。
凌力尔特完整的调节能量收集解决方案 LTC3330,其能提供高达 50mA 的连续输出电流以在可以采用可收集能量时延长电池寿命。当从收集能量向负载提供稳定的功率时,LTC3330无需从电池吸收电源电流;而在无负载条件下由电池供电时,LTC3330 仅需 750nA 的工作电流。
德州仪器面向能量收集与低功耗应用推出高效率电源转换器,TPS62120 同步转换器支持节电模式,可在整个电流负载范围内实现高效率,在负载低至100 uA 时效率也可达到 75%。该器件在轻负载工作条件下工作模式为脉冲频率调制(PFM) 模式,静态电流仅为 11 uA。此外,TPS62120 还可在较高电流条件下保持平稳高效的工作状态,可自动从节电模式转为固定频率脉宽调制 (PWM) 模式。
德州仪器超低功耗电路支持新一轮能量采集设计,可高效提取和管理从光源、热源或机械能源采集的微瓦 (uW) 至毫瓦 (mW) 级电源。该bq25570、bq25505、TPS62740、TPS62737 与 TPS62736 支持业界最低工作静态电流,可为无线传感器网络、监控系统、可穿戴式医疗设备、移动附件等难以获得供电的应用实现无电池工作。
意法半导体推出采用能量收集技术的先进双接口存储器,实现真正的无电池系统设计,意法半导体的双接口存储器,包括新推出的16-Kbit产品,配备1个低功耗的I2C接口和1个13.56-MHz ISO15693非接触式无线射频接口。这个射频接口可收集周围RFID电子标签读写机发射的无线电波,并将收集的无线电波转化成输出电压,驱动其它的电子元器件。
MicroGen公司的压电式MEMS振动能量收集器,实现了凌力尔特SmartMesh IP无线传感器网络。凌力尔特 WSN 包括 4 个微尘,并采用了高效功率受控型通信的 WSN 软件。自供电式微尘由设定在 120Hz 典型工业振动级和 0.2g (g = 9.8 m/s2) 加速度 G 级的电子振动器使能。MicroGen 把这种由振动提供电能的微尘摆放在凌力尔特的展台和 X-FAB MEMSFoundry 的展台。这些微尘距离 MicroGen 的展台大约 20~30 米。这是由一家商业公司完成首个全采用 MEMS 能量收集进行供电的 WSN。
恩智浦IC在太阳能光伏应用中能实现高达98%的高效能量提取,MPT612是唯一针对使用太阳能光伏(PV)电池或燃料电池的应用提供最大功率点跟踪(MPPT)的低功耗集成电路。MPT612 IC的MPPT算法,可广泛用于太阳能电池充电控制器、分布式MPPT和微型逆变器等应用中,实现98%的高效能量提取。
关于能量收集的产品就总结到这里,最后附上一套技术方案,让大家的设计更加快速。
LTC3588-1压电式能量收集电源芯片数据手册、应用问答
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