凯利讯半导体

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DIV工具包跳跃启动能量采集设计用于物联网

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  凭借其对电池无操作的承诺,能量采集为在物联网(IOT)中为智能设备供电提供了一个有吸引力的解决方案。然而,尽管其明显的简单性,能够从环境源汲取可用能量的电源提出了多种挑战。对于新的能源收获,以及那些在其复杂的经验,开发工作可以通过使用先进的线性设备,CyMbT,线性技术,Maxim-集成,微芯片技术,MIDE制造商的能量收获套件获得快速推进。技术,硅实验室,STMicroelectronics,德克萨斯仪器和沃思电子。

  一个强大的能量采集电源提供了广泛的功能范围(图1)。在输入端,换能器接口电路需要保持换能器在其最大功率点;采用复杂的最大功率点跟踪(MPPT)算法来维持最佳能量转换。在子系统中,能量管理电路需要确保诸如超级电容器和薄膜电池之类的能量存储装置的适当充电和放电周期。

  能量采集电源的图像设计

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  图1:概念简单但执行困难,能量收集电源设计对确保最大能量转换和有效功率管理提出了重大挑战(下一代能量收集电子学、工程和物理科学研究)RCH理事会)。

  在输出端,电源管理电路需要确保适当的电源水平的负载和优雅地关闭负载电路,如果收获能量和存储功率下降到最低水平以下。反过来,这些电路需要以正确的顺序恢复电源,以防止由于功率不足而导致负载电路的中间复位崩溃。简而言之,能量收集需要严格注意能量转换和功率管理的每一个细节,并且可能威胁到IOT设备设计的紧凑调度。


  能量收集组件的评估

  能量收集开发工具包提供了一个完整的、测试的解决方案,通常围绕多个专门的能量收集IC和组件之一进行设计,并设计成展示该部件的能力。一类演示板为工程师提供了探索存储设备和能量转换器等组件的机会。例如,薄膜电池制造商CyBET提供了CBC-EVAL-12试剂盒,用于评估其实时时钟(RTC)芯片,基于其EnnEngic可再充电存储设备技术的集成功率备份。

  MIDE技术简化了其压电换能器及其EHE04板的评估,该板被设计成直接连接到任何MIDE压电装置。该板包括调节电路,其包括全波整流器,馈送线性技术LTC358-1压电充电管理IC以最大化压电能量采集器总输出(图2)。

  MIDE技术EHEO4开发板的图像

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  图2:MIDE技术EHEO4开发板提供了一个完整的基于线性技术LTC3588充电管理IC的能量采集转换电路。

  另一类演示板帮助工程师探索专门的电源管理IC的性能特点,为能源收获应用而建。例如,工程师也可以直接使用线性的自己的1459B示范电源板来评估线性LTC3588。

  类似地,Maxim-集成的Ma17710GB20评估套件有助于开发人员在检查马克西姆Max X17710GB能量采集充电器和保护IC周围建立的能量采集应用程序中快速启动。Maxm工具包将固态储能装置与太阳能电池结合在一个完整的能量收集设计中,旨在展示M171710GB的特性。

  意法半导体STEVAL-ISV015V1示范板让工程师在围绕STPSPV1040太阳能升压转换器和ST LD39050低压LDO调节器周围构建的能量收集设计工作。为了证明其自己的能量收集IC,德克萨斯仪器提供其BQ25504EVM评估模块为其BQ25504升压转换器和充电器IC,而其BQ25570EVM评估板的特点是其BQ25570电源管理IC与升压充电器和纳米粉降压转换器。


  基于MCU的演示工具包

  另一类能量采集工具集中于展示在能量采集应用中使用特定的低功耗MCU。该套件通常将第三方能量采集演示板与MCU评估板以及软件开发环境相结合。

  Wurth Electronics IC-744885套件将Silicon Labs EFM32 Giant Gecko入门套件与凌力尔特多源能量收集器捆绑在一起(图3)。 SiLabs套件将用于软件开发的SiLabs Simplicity Studio与包含基于ARM Cortex M3的EFM32GG990F1024 32位MCU,LCD,128 kB RAM,1024 kB Flash,USB和SEGGER J-Link的完整演示系统板结合为一体以及其他连接器,LED,按钮等等。 Wurth套件使工程师能够探索多种环境来源的能量转换,包括太阳能,热电发生器(TEG),压电设备和感应能量。

  Wurth电子能量收集开发套件的图像

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  图3:Wurth Electronics的能量收集开发套件将Silicon Labs Giant Gecko套件与能够从多个环境源发电的凌力尔特能量收集器(右下方)捆绑在一起。

  Microchip Technology XLP 16位能量采集开发套件旨在用作能量采集应用开发的综合开发平台。基于Microchip的PIC24F16KA102 XLP(超低功耗)MCU,主板提供用于增加射频连接的PICtail连接器,并配有PICkit 3编程器/调试器,以与Microchip免费的MPLAB集成开发环境配合使用。该套件将Microchip评估板与Cymbet太阳能收集器板组合在一起,该板可以收集室内或室外光线,并将剩余能量储存在两个Cymbet EnerChip薄膜可充电储能设备中。

  Silicon Labs在其能量收集参考设计中采用Si1012无线MCU。 SiLabs套件提供了一个基于Si1012的完整无线传感器节点,并由内置于电路板中的太阳能电池供电。 SiLabs套件还包含基于SiLabs EZRadioPRO的USB加密狗,允许开发人员与传感器节点进行无线连接并接收传感器数据。在此演示中,无线节点板提供来自片上温度传感器的电池电量和温度数据。与Silicon Labs Si4431 EZRadioPRO RF收发器一起,加密狗使用Silicon Labs C8051F342 MCU。

  德克萨斯仪器展示了MSP430 MCU系列的MSP430太阳能收集器开发工具包,它的目的是作为一个完整的开源应用,具有一个可用于测试硬件甚至用作能量收集项目框架的示例项目。基于TI公司的MSP430F2174 MCU和cc2500 2.4 GHz无线收发器,该套件包括一对CyBET薄膜Enn-芯片存储装置和高效率的2.25×2.25英寸。在低强度荧光灯下优化室内操作的太阳能电池板。该套件包括用于MSP430的固件以及用于显示来自无线连接的数据样本的PC演示应用程序。

  为能源收集应用提供投入模块的制造商也将其模块捆绑在评估工具包中的支持材料中。例如,先进的线性设备EH300套件具有ALD EH300能量收集模块。ALD EH4205/EH495套件将EH300与EH4205和EH495模块捆绑在一起,以提高极低电压到EH300的可用水平。


  综上所述

  建立一个高效的能量收集电源提供了无电池操作的承诺,但在优化能量转换和功率管理方面会面临重大挑战。能源收获示范工具包提供现成的解决方案,帮助工程师新的能源收获迅速获得经验;并帮助经验丰富的能源收获开发商加速产品开发计划。使用可用的能量收集工具包,工程师可以很快学会如何利用环境能源为IOT设备供电。