Vibrace, mechanické namáhání, světlo, teplo, elektromagnetická pole – indukčnosti, cívky, transformátory, přírodní zdroje – sluneční svit, vítr nebo voda, lidské tělo, které se kromě své teploty může dále třeba pohybovat, a řada dalších zdrojů energie – chemických, biologických apod., jak vidno, paleta je docela široká a nudit se rozhodně nebudeme. Co je však mnohem důležitější, nachází – li se takové „bohatství“ v blízkosti našeho systému, nemusíme se vůbec omezovat a ještě to budeme mít zadarmo. A to se již počítá [1].
Z principu věci však v praxi musíme pracovat s docela omezenými úrovněmi, které trvalou spotřebu našeho systému pokryjí jen zřídka. Vývojáři se však již „poučili“ a nenechávají své designy energií zbytečně plýtvat. Za zmínku rovněž stojí úvaha, kolik z celkového času naše zařízení vůbec tráví aktivní činností a jak často se spíše nechá s výhodou uspat. To pak již automatická přítomnost baterie zase takový smysl nedává, a její periodická výměna už teprve ne. A pokud nějaký z miniaturních dobíjecích článků přesto použijeme, poslouží nám spíše k vykrývání proudových špiček.
Na obr. 1 vidíme stěžejní části autonomního bezdrátového čidla, které tvoří tzv. transducer (představíme si např. fotovoltaický panel), blok Energy Processor pro zpracování sesbírané energie, senzor, vhodný mikrokontrolér a konečně též bezdrátové rozhraní, když už chceme být tak nezávislí.
Funkcí řada, pouzdro jen jedno
Při nakládání s vytěženou energií z okolního prostředí se nevyhneme přinejmenším třem klíčovým oblastem [2]. Vše začíná jejím převodem na využitelnou formu (Energy Conversion, např. zvyšující / snižující měnič), pokračuje ukládáním pro případ aktuální nedostupnosti nebo nedostačujícího výkonu (Energy Storage, kondenzátor, baterie, ...) a vše ještě musíme nějakým způsobem řídit (Power Management) a nezapomínat přitom, že každý z takových podpůrných bloků ke své činnosti rovněž vyžaduje sice malé, ale rozhodně ne zanedbatelné množství energie. Ve výsledku již proto nemusíme pracovat s tak pěknými údaji o celkové účinnosti.
Obr. 1: Blokové schéma zapojení bezdrátového senzoru „živeného“ okolím [2]
Jak jsme již naznačili v úvodu článku, pravděpodobně se dnes nebudeme ubírat cestou návrhu na úrovni základních elektronických součástek a poohlédneme se raději po něčem důmyslnějším, nejlépe v jednom malém pouzdře. Jakým způsobem, pokud vůbec, zareagovali výrobci „ucelených polovodičových řešení“ na současný trend sběru energií a co nám nabízí? Prošli jsme si nabídku několika větších hráčů na trhu a položili si otázku: Kde se na Energy Harvesting specializují, u koho bude nutné hledat v nabídce spíše podle klíčových slov a kde najdeme všechno jiné, jen ne EH? Pro pořádek připomeneme, že se pokoušíme co nejlépe vyplnit omezený prostor vyhrazený právě zmíněnému „zvyšování“, podpoře ukládání a ještě dozoru nad tím vším.
LT sbírá energii i body
V produktové nabídce společnosti Linear Technology [3] najdeme podporu sběru energie rovnou, konkrétně ve skupině součástek pro řízení napájení Power Management (http://www.linear.com/products/Energy_Harvesting), kde vše logicky očekáváme. Jakousi první vlaštovkou nové rodiny obvodů pro Energy Harvesting se stal obvod LTC3108 představený v prosinci 2009 (na HW serveru jste mohli číst Jak napájet, máme – li k dispozici pouhých 20 mV?). Trend je zachycen a nabídka už jen roste. Na vstup připojíme piezo, solární články, TEC, TEG, výstup zase dobíjí baterii či superkapacity. Zvyšujícím měničům „stačí“ 20 mV a nabíječky pak s výhodou využíjí principů řízení v bodu maximálního výkonu zdroje.
Obr. 2: Jedním z posledních přírůstků do rodiny obvodů LT se letos v červnu stal IO LTC3331, Nanopower Buck-Boost DC/DC with Energy Harvesting Battery Charger. Na svém výstupu může trvale dodávat proud o velikosti až 50 mA, provozní odběry samotné struktury se pak pohybují v řádu stovek nA
Nejeden z obvodů jsme si na HW.cz již představili – za všechny zmiňujeme např. LTC3330, LTC3105, LTC3129 nebo LTC3588. Bohatou dokumentaci na stránkách Linearu doplňují přehledně řazená videa, blogy i takový materiál jakým je Energy Harvesting Partners, který může vývojáře nasměrovat k dalším výrobcům.
Aktualizovanou přehledovou tabulku naleznete v dokumentu pdf dole pod článkem. Vybrané obvody rozlišuje nejen dle rozsahu vstupního napětí či úrovně výstupního výkonu, ale zahrnuje též klidové odběry nebo podporované zdroje energie a s nimi související topologie. Z celkového počtu 22 nalezených výsledků si to nejlepší pochopitelně můžeme vybrat a blíže prozkoumat i on-line.
Použitá literatura:
