Solární energie může napájet nositelná zařízení, komunikační zařízení, vzdálené nebo těžko dostupné senzory a širokou škálu chytrých zařízení v maloobchodních, rezidenčních a dokonce i průmyslových prostředích. K dispozici jsou však i jiné zdroje okolní energie a to teplotní změny, pohyb, vibrace, rádiové vlny nebo dokonce i zvuk.
Překonání nástrah v designu
Power management je kritickou výzvou při navrhování mobilních a bezobslužných zařízení. Pokrok v integraci a miniaturizaci elektronických součástek umožňuje optimalizovat náklady. Identifikace vhodných zdrojů energie a optimalizace spotřeby energie jsou kritickými faktory při vývoji efektivního napájení. Rozměry a design zařízení se budou značně lišit v závislosti na zamýšleném prostředí a použití. Spotřební zařízení musí mít atraktivní design a zároveň splňovat nároky na použitelnost, aby se výrobek prosadil na trhu. Průmyslová a vzdáleně přístupná zařízení jsou méně ovlivněna designem a uživatelsky přívětivou ovladatelností, ale na druhou stranu musí dosáhnout vyšší úrovně funkčnosti a interoperability. Nízká spotřeba energie závisí hlavně na výběru správných komponent a použitém software. V ideálním případě je zařízení schopno získat více energie, než spotřebuje a tak se dosáhne úplné energetické autonomie.
Vysoce výkonný PMIC využívající okolní energii
Nexperia nabízí integrovaný obvod pro správu napájení (PMIC - Power Management Integrated Circuit) NEH2000BY navržený tak, aby nepřetržitě a efektivně využíval okolní energii.
Obrázek 1: Nexperia NEH2000BY PMIC je optimalizován pro sběr okolní energie a je určen pro zařízení s velmi nízkou spotřebou. (Zdroj obrázku: Nexperia)
NEH2000BY používá adaptivní algoritmus pro sledování maximálního výkonu (MPPT) k optimalizaci přenosu energie z okolních zdrojů a k zajištění vysoké účinnosti. Tento algoritmus pracuje autonomně i bez předprogramování. Dosahuje optimální průměrné účinnosti 80 % a přizpůsobí se během 0,5 sekundy. MPPT je známý v oblasti solárních panelů a větrných turbín, ale lze jej použít také pro aplikace využívající jiné zdroje okolní energie jako jsou tepelné, vibrační a rádiové signály.
MPPT nepřetržitě monitoruje napětí a proud, aby identifikoval optimální výkon a upravuje zátěž tak, aby odpovídal požadavkům aplikace. PMIC NEH2000BY se přizpůsobuje měnícímu se prostředí a zajišťuje maximální účinnost bez ohledu na kolísání energie. Jak již bylo zmíněno, že PMIC je optimalizován pro fotovoltaiku, tak je schopen pracovat s řadou harvesting zařízení, která využívají napětí v rozsahu od 2,5 V až 4,5 V. Navíc je plně kompatibilní s různými typy dobíjecích baterií. Nexperia PMIC umožňuje vytvářet aplikace využívající integrovaný, vysoce účinný, nízkoenergetický DC-DC převodník a to eliminuje potřebu přidávat konvertor a objemnou externí cívku. Vyžaduje jen jeden externí kondenzátor, a tím se značně zjednoduší uspořádání desky. PMIC je k dispozici v plastovém tepelně vylepšeném velmi tenkém pouzdře HWQFN o rozměrech 3 x 3 mm. Celková montážní plocha tak činní jen 12 mm2. To umožňuje realizovat harvest obvody až 20krát menší než stávající řešení.
Referenční platforma
Spolupráce mezi Nexperia a Ambiq nabízí vývojové kity pro získávání energie z okolí. Ambiq harvestKIT AMA3BHARV1 (obrázek 2) kombinuje Click modul založený na Nexperia NEH2000BY PMIC s Ambiq Apollo3 Blue SoC a nízkopříkonové 1,8 V senzorový Click modul od TDK InvenSense a Bosch Sensortec .
Obrázek 2: HarvestKit Ambiq AMA3BHARV1 obsahuje Click modul s PMIC Nexperia pro získávání energie z okolí s Click senzorovým modulem. (Zdroj obrázku: Ambiq)
Vývojová deska HarvestKIT poskytuje znalosti získávání energie pomocí pohybového MEMS senzoru a senzoru prostředí. Apollo3 Blue SoC nabízí konektivitu Bluetooth Low Energy 5. Další rozšiřující konektor lze využít pro další senzory a moduly jako je Wi-Fi nebo displej. Energii lze získat také z rozdílu teplot, vlhkosti, pohybu a tlaku. Referenční návrh lze využít k návrhu obvodů, které mohou prodloužit životnost bateriím nebo vytvořit zařízení bez baterie jen se superkondenzátorem nebo jinou komponentou pro ukládání energie. Apollo3 Blue SoC využívá Ambiq patentovanou technologii Subthreshold Power Optimized Technology (SPOT) pro správu získané energie. Firmware referenční platformy odesílá data senzoru do webové aplikace, která běží ve webovém prohlížeči Chromium na telefonu, tabletu či PC.
Závěr
PMIC obvody pro správu energie od Nexperia nabízí energeticky účinný design pro aplikace nové generace. Energii lze získat nejen ze solárních panelů či větrných turbín, ale také i z jiných zdrojů jako jsou teplotní změny, pohyb, vibrace, rádiové vlny nebo dokonce i zvuk. HarvestKIT AMA3BHARV1 Ambiq poskytuje platformu pro testování a rychlé vytvoření prototypu a získat zkušenosti v oblasti harvestingu čili získávání energie z okolí.
Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com
