大容量锂电池加工生产厂商——诺派迪锂电池
超低功率解决办法可用于很多的无线体系,包含交通运输基础设施、医疗设备、轮胎压力检测、工业检测、楼宇主动化和贵重物品追踪。此类体系一般在其执役生涯的大部分时刻里都处于待机睡觉形式,仅需极低的W级功率。当被唤醒时,传感器将丈量比方压力、温度或机械偏转等参数并以无线的方式把这些数据传送至一个远程控制体系。整个丈量、处理和传送时刻一般只有几十ms,但在此时刻短期间内有或许要几百mW的功率。因为这些运用的占空比很低,因此有必要搜集的平均功率也会相对较低。电源或许便是一节电池而已。然而,电池将不得不以某种方式进行再充电,最终还得替换。在许多此类运用中,实际替换电池的成本之高使其缺少可行性。这使得环境能量源成为了一种更具吸引力的代替办法。
新兴的毫微功率无线传感器运用
就楼宇主动化而言,比方占有传感器、温度主动调节器和光控开关等体系可以免除一般所需的电源或控制线路,而代之以一个机械或能量搜集体系。除了可以免除首先进行线路安装(或在无线运用中定时替换电池)的要之外,这种代替办法还能减低有线体系往往存在的例行维护成本。
类似地,运用能量搜集技术的无线网络可以将一幢建筑物内任何数目的传感器链接到一起,以经过在建筑物内无人居住时关断非紧要区域的供电来降低采暖、通风和空调(HVAC)以及照明成本。
典型的能量搜集装备或无线传感器节点由4个模块组成(见图1)。它们是:1、一个环境能量源,比方:太阳能电池;2、一个用于给节点的其余部分供电的功率转化组件;3、一个将节点链接到实际世界的感测组件以及一个核算组件(由微处理器或微控制器组成,负责处理丈量数据并将这些数据存贮到存储器中);4、一个由短程无线单元组成的通讯组件,用于完成与相邻节点及外部世界的无线通讯。
环境能量源的实例包含连接到某个发热源(例如:HVAC管道)的热电发生器(TEG)或热电堆,抑或是连接至某个机械振动源(如:窗玻璃)及太阳能电池的压电换能器。在存在发热源的情况下,紧凑的热电器件(常被称为换能器)可以将很小的温差转化为电能。而当存在机械振动或应变时,则压电器件可以用来把很小的振动或应变差转化为电能。最后,在存在光源的场合中,光伏电池在峰值日照条件下每平方厘米的面积能呈现50W以上的电功率,而在室内照明条件下则可呈现高达100W的电功率。
一旦电能呈现出来,就可以由一个能量搜集电路进行转化并调整为合适的形式,用于给下游电子组件供电。因此,一个微处理器可以唤醒一个传感器,以获取读数或丈量值,然后读数或丈量值可利用一个模数转化器加以处理,以经过一个超低功率无线收发器进行传输。
该链路中的每个电路模块迄今都受到一些特别的约束,然后影响了它们在商业中的运用。低成本和低功率传感器及微控制器面市已有一段时刻,而超低功率收发器只是到最近才可完成与微控制器的集成(以供应十分低功率的无线连接)。不过,该链路中所欠缺的一直是能量搜集IC。
现有的能量搜集器/管理器模块完成办法往往选用功能相对较低的分立型结构,一般包含30个或更多的组件。此类规划具有低转化功率和高静态电流。这两个缺点均导致要运用较大和愈加贵重的电池及太阳能电池,因此损害了最终体系的功能。假如不选用这些较大的储能元件,低转化功率将新增体系上电所需的时刻,这反过来又将延长从获取一个传感器读数至传输该数据的时刻间隔。功率转化电路中的高静态电流会严峻约束所能搜集并输送至运用负载的可用能量。并且,同时完成低静态电流运作和高功率转化功率还必需具有高深的模仿开关形式电源专门知识——这很少可以容易取得。
缺失的一环一直是可以搜集和管理来自极低功率电源之剩下能量的高集成度DC/DC转化器。
能量搜集的个案分析
咱们以一个根据能量搜集的工业监测体系为例进行研究,比方:埋置于偏远荒野之中的地下输油管,它要继续监测其流速、温度和压力(沿管道每50米为一段)。每个节点均具有内置于管道壁中的温度、压力和流量传感器。有必要每5秒钟进行一次丈量并报告丈量结果。因为输油管线长达数百英里,因此铺设供电和信息线路将十分贵重,且有必要供应不间断的维护,有或许要进行价值高昂的修补。另外,定时替换电池也将是一项很花钱的作业,这是因为电池的数目十分巨大,并且偏远地域的道路往往崎岖难行。咱们所要的是一种可以继续呈现满足功率的电源——它随时可用并可自我坚持。最常见和易于运用的能量源之一或许是一个与比方电池或超级电容器等储能元件协同运作的小型太阳能电池,用于在夜间及恶劣天气条件下供应继续供电。
能量搜集IC
凌力尔特公司近期推出了LTC3105,这是一款超低电压升压型转化器,专为大幅度地简化搜集和管理那些来自低电压和高阻抗代替电源(例如:光伏电池、TEG(热电发生器)和燃料动力电池)之能量的任务而规划。该器件的同步升压型规划可在低至250mV的输入电压条件下启动,因此使其十分合适乃至是处于不太理想照明条件下的极小光伏电池搜集能量。其0.2V至5V的宽输入电压范围使得它成为很多运用的合适之选。一个集成的最大功率点控制器(MppC)使得可以直接从高阻抗电源(比方光伏电池)来运作,然后防止输入电源电压骤降至可由用户来设置的MppC以下。峰值电流限值主动进行调节,以最大极限地新增从代替动力所吸取的功率,而突发形式操作则可将静态电流减小至仅18A,然后优化转化器的功率。
图2中示出的电路选用LTC3105从单个光伏电池给单节锂离子电池充电。该电路使大容量锂电池加工企业生产的电池可以在太阳能电源可用时继续充电,而反过来,当太阳能电源不再可用时,电池也可以利用贮存的能量来为某个运用电路(例如:一个无线传感器节点)供电。
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