การเก็บพลังงานส่วนใหญ่มองว่าเป็นวิธีการจ่ายไฟสำหรับการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องเพิ่มเข้ากับแหล่งจ่ายไฟหรืออย่างอื่นที่ไม่ใช่แบตเตอรี่ ในหลายกรณี การใช้งานที่ใช้พลังงานสะสมมักไม่มีพื้นที่เพียงพอเพื่อรองรับปริมาณมาก ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ เทคโนโลยีที่สวมใส่ได้ เช่น อุปกรณ์ออกกำลังกายและอุปกรณ์ตรวจสอบสุขภาพ ตลอดจนโหนดเซ็นเซอร์ไร้สาย เช่น แอปพลิเคชันตรวจสอบสถานะด้านสิ่งแวดล้อมหรือโครงสร้าง
โดยปกติ พลังงานที่รวบรวมจากแหล่งพลังงานสิ่งแวดล้อม เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ การสั่นสะเทือนหรือความแตกต่างของอุณหภูมิ จะต้องถูกนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพหลังการเปลี่ยนแปลง การเพิ่มกำลัง และการจัดเก็บชั่วคราว ปัจจุบัน มีบริษัทจำนวนมากที่เปิดตัวแอพรวบรวมพลังงานและวงจรรวมการจัดการพลังงานเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ แต่ต้องเผชิญกับแรงกดดัน เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการบูรณาการอย่างดีเพื่ออำนวยความสะดวกในการใช้งานแบบมัลติฟังก์ชั่น และขนาดควรมีขนาดเล็กที่สุด ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการใช้พลังงานของอุปกรณ์นั้นต่ำมาก
บทความนี้จะสรุปความต้องการในการลดขนาดของตลาดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้อย่างรวดเร็วและการใช้งานที่เกี่ยวข้อง และอภิปรายเมื่อเร็วๆ นี้ BQ25570 บูสต์ที่ชาร์จพร้อมตัวแปลงบั๊กในตัว และชุดทางเลือกและส่วนประกอบเสริมที่คล้ายคลึงกัน บทความนี้จะอ้างอิงถึงคู่มือผู้ใช้ของ TI อธิบายวิธีใช้อุปกรณ์อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ จำกัดพื้นที่ / น้ำหนัก
คุณสมบัติเพิ่มเติม ในปัจจุบัน เป็นอุปกรณ์สวมใส่ได้มากขึ้นที่ติดตามแผนการออกกำลังกายเพื่อตรวจสอบสถานะสุขภาพและให้เงื่อนไขการดูแลสุขภาพและให้บริการทางการแพทย์ ในฐานะอุปกรณ์พกพาส่วนใหญ่ แนวโน้มนี้จะส่งเสริมการทำงานของอุปกรณ์ที่เพิ่มขึ้นตามที่ผู้บริโภคคาดหวัง หากอุปกรณ์ GPS ถูกรวมเข้ากับเครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจ ให้ติดตามหมายเลขเสียงกริ่งที่บันทึกหรือเส้นทางวิ่ง เครื่องวัดอัตราการเต้นของหัวใจจะได้รับความนิยมมากกว่า ปัจจุบัน อุปกรณ์ตรวจสุขภาพที่สวมใส่ได้ที่ทันสมัยสามารถตรวจวัดความดันโลหิต อุณหภูมิของร่างกาย ปริมาณออกซิเจนในเลือด อัตราการเต้นของหัวใจ และกิจกรรมได้
รูปที่ 1: การรวบรวมพลังงานจะเป็นเทคโนโลยีหลักในการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้จำนวนมาก
ซ้าย: ถุงเท้าอัจฉริยะของ Sensoria ที่ติดตั้งเซ็นเซอร์ความดัน สามารถสื่อสารกับห่วงเท้าผ่านบลูทูธเพื่อช่วยระบุและปรับปรุงท่าวิ่ง (ส้น / เท้า) เซ็นเซอร์อื่นๆ สามารถติดตามบันทึก ความเร็ว การบริโภคแคลอรี่ ความสูง และระยะทาง
ขวา: Fraunhofer Institute R & D อุปกรณ์เสริมที่สวมใส่ได้สำหรับกลุ่มผู้สูงอายุสามารถให้บริการต่างๆ ที่ตั้งโปรแกรมได้ เช่น การเตือนเรื่องยา การเฝ้าระวังสุขภาพ และการโทรศัพท์แจ้งเหตุฉุกเฉิน
การเชื่อมต่อแบบไร้สายทำให้ง่ายต่อการถ่ายโอนและจัดเก็บข้อมูลที่รวบรวมไว้สำหรับการวิเคราะห์ในภายหลัง เครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ Internet of Things มีความจำเป็นในการใช้งาน เช่น อาคารอัจฉริยะและการตรวจสอบสภาพแวดล้อม และต้องรวบรวมข้อมูลจากเซ็นเซอร์จำนวนมากในแอปพลิเคชันเหล่านี้ ด้วยเหตุนี้ เซ็นเซอร์แบบบูรณาการ วงจรความถี่วิทยุ และไมโครคอนโทรลเลอร์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นในนาฬิกาอัจฉริยะ จอภาพไบโอเมตริกซ์ ผลิตภัณฑ์แท็ก ID โหนดเซ็นเซอร์ และแอปพลิเคชันที่สวมใส่ได้หรือระยะไกลอื่นๆ
อย่างไรก็ตาม ควรเลือกใช้อุปกรณ์มัลติฟังก์ชั่นดังกล่าว ยกเว้นอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่เหมาะสม มันยังต้องการน้ำหนักเบา ขนาดเล็ก และความสะดวกสบาย นักออกแบบได้ใช้เทคนิคการเก็บพลังงานเพื่อใช้พลังงานจากสิ่งแวดล้อมอย่างมีประสิทธิภาพ เช่น ความร้อนจากร่างกายหรือฝีเท้า เพื่อให้แบตเตอรี่สามารถชาร์จต่อไปได้ ในอุปกรณ์บางอย่าง (เช่น อุปกรณ์ฝัง) พลังงานที่สะสมไว้เป็นแหล่งพลังงานเพียงแหล่งเดียว
ดังนั้นการเก็บสะสมพลังงานจึงถูกมองว่าเป็นเทคโนโลยีเชิงพื้นที่ที่ใช้งานได้จริงซึ่งสามารถใช้ทดแทนแบตเตอรี่ได้ และสามารถใช้แบตเตอรี่แบบชาร์จซ้ำได้ในปริมาณที่น้อยลง สำหรับอุปกรณ์ใดๆ ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่หรือพลังงานที่จ่ายไป การจัดการพลังงานเป็นสิ่งสำคัญมาก เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการทำงานสูงสุดและการทำงานที่มีประสิทธิภาพสูงโดยการใช้พลังงานสูง ซึ่งโดยปกติการจ่ายไฟที่ไม่สม่ำเสมอ จำเป็นต้องมีความแม่นยำและความแม่นยำระดับหนึ่ง ผู้ผลิต IC หลายรายตั้งเป้าไปที่ตลาดนี้ ซึ่งรวมถึง Advanced Linear Devices, Cymbet, Linear Technology, Maxim Integrated, Spansion, StMicroelectronics และ Texas Instruments
เมื่อเทียบกับพลังงานรุ่นเก่า อุปกรณ์จ่ายไฟรุ่นใหม่จะสูงกว่า มีปริมาณน้อยกว่า และสิ้นเปลืองพลังงานน้อยกว่า ตามทฤษฎีแล้ว อุปกรณ์จะได้รับพลังงานที่เกิดขึ้น จากนั้นจึงแปลงและ/หรือบูสต์ และสุดท้ายส่งไปยังระบบหรืออุปกรณ์จัดเก็บพลังงานแบบชาร์จไฟได้โดยตรง การออกแบบบางอย่างสามารถใช้กับอุปกรณ์เก็บพลังงานประเภทหนึ่ง เช่น ตัวเก็บประจุยิ่งยวดหรือปุ่มลิเธียมไอออน นอกจากนี้ยังมีการออกแบบอื่นๆ ที่รองรับอุปกรณ์เก็บพลังงานหลายตัว ในทำนองเดียวกัน การออกแบบบางอย่างอาจเน้นไปที่รูปแบบของการรวบรวมพลังงาน และมีการออกแบบอื่นๆ ที่สนับสนุนพลังงานหลายรูปแบบ
จุดที่ควรทราบคือแรงดันเริ่มต้นที่จำเป็นสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ แอปพลิเคชั่นบางตัวเริ่มต้นที่ 20 mV แต่ฟังก์ชันการทำงานอาจถูกจำกัด และจำเป็นต้องมีส่วนประกอบเสริมเพิ่มเติมเพื่อให้มีการจัดการพลังงานที่เพียงพอ ส่วนประกอบที่มีการรวมระบบที่สูงกว่าอาจมีขนาดที่เล็กกว่า และกระแสไฟฟ้าสถิตโดยรวมต่ำกว่า แต่อาจต้องใช้แรงดันเริ่มต้นที่สูงขึ้นเพื่อให้ขึ้นอยู่กับระดับพลังงานในการจัดเก็บที่ต่ำที่สุด อุปกรณ์บางตัวมีเป้าหมายเฉพาะสำหรับโหนดเซ็นเซอร์พลังงานต่ำมากโดยเฉพาะ อุปกรณ์อื่นๆ จะรองรับระดับแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่สูงขึ้นเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดตามอุปกรณ์ไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่สำหรับแอปพลิเคชันการรวบรวมพลังงาน อุปกรณ์ไมโครเหล่านี้เองนั้นต่ำมาก
เป็นสิ่งสำคัญที่ IC การจัดการพลังงานจะต้องมีความยืดหยุ่นเพียงพอที่จะจัดการกับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องและพลังงานที่รวบรวมได้ (มักจะไม่เสถียรและมักจะสะสมปริมาณ) สิ่งนี้ต้องนำมาพิจารณาในการออกแบบระบบ กล่าวคือ ความจุพลังงานที่เพียงพอ สามารถจ่ายไฟได้คงที่เมื่อจำเป็น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความถี่ในการอ่านของเซ็นเซอร์ และปริมาณการส่งข้อมูลและความถี่ในการส่งข้อมูลในระดับสูง
Texas INSTRUMENTS ที่มีการบูรณาการระดับสูงนำเสนออุปกรณ์ไมโครพลังงานต่ำพิเศษที่หลากหลายสำหรับการใช้งานการรวบรวมพลังงาน รวมถึง IC การจัดการพลังงาน การเชื่อมต่อไร้สาย และไมโครคอนโทรลเลอร์ BQ25570 ล่าสุดของ บริษัท คือการรวบรวมพลังงานแบบบูรณาการระดับสูงของโซลูชันการจัดการพลังงาน femto เป็นไปตามมาตรฐานทั้งหมดด้วยเทคนิคการเก็บพลังงานและมาตรฐานทั้งหมดสำหรับการใช้งานที่จำกัดพลังงาน
อุปกรณ์มีขนาดกะทัดรัด โดยใช้แพ็คเกจ QFN ขนาด 3.5 x 3.5 มม. จำนวน 20 เส้น กระแสไฟคงที่แบบใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษคือ 488 NA (ค่าปกติ) และโหมดการขนส่งคือ 1881.5 น. นอกจากนี้ยังมีโมดูลการประเมิน BQ25570EVM สำหรับผลิตภัณฑ์โดยละเอียดและข้อมูลการใช้งาน โปรดดูข้อกำหนดอุปกรณ์และคู่มือผู้ใช้บอร์ดประเมินผล 2
อุปกรณ์ยังคงต้องการตัวเก็บประจุภายนอกและตัวต้านทาน แต่เนื่องจากการผสานรวมที่สูง จึงทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติม อุปกรณ์นี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายที่มีกำลังแรงและความต้องการในการปฏิบัติงาน การใช้เครื่องชาร์จเพิ่มความถี่พัลส์ความถี่สูง (PFM) และตัวแปลง femto power buck converter ดูรูปที่ 2 ด้านล่าง: อุปกรณ์นี้สามารถใช้ร่วมกับพลังงานอิมพีแดนซ์สูงได้หลากหลาย รวมถึงโฟโตโวลตาอิก (พลังงานแสงอาทิตย์) เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริก (TEG) และวงจรเรียงกระแส AC / DC และเครื่องกำเนิดเพียโซอิเล็กทริก จากสถานะการสตาร์ทเย็น แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำของตัวแปลงเพิ่ม DC / DC / เครื่องชาร์จของอุปกรณ์คือ 330 mV สมมติฐานเป็นไปตาม: แหล่งจ่ายไฟอินพุตมีอย่างน้อย 5 μW (ทั่วไป) และเอาต์พุตตัวแปลงโหลดมีค่าน้อยกว่า 1 μA กระแสไฟรั่ว (รวมถึงกระแสไฟรั่วขององค์ประกอบการจัดเก็บ) อย่างไรก็ตาม แรงดันเอาต์พุตของตัวแปลงบูสต์คอนเวอร์เตอร์จะสูงถึง 1.8 V หลังจากทำงาน และสามารถรับแรงดันไฟ 100 MV ที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ได้จากแหล่งรวบรวมพลังงาน
ขั้นแรก ตัวแปลงบั๊กจะได้รับจากเอาต์พุตของตัวแปลงบูสต์เพื่อรับกำลังไฟฟ้าเข้า จากนั้นจึงดำเนินการตามขั้นตอนลง และสุดท้ายจะให้แรงดันไฟฟ้าที่ปรับสำหรับพินเอาต์พุต ตัวแปลงบั๊กใช้การควบคุม PFM เพื่อปรับแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้ใกล้เคียงกับค่าที่กำหนดโดยตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าตัวต้านทานแบบตั้งโปรแกรมได้ของผู้ใช้ กระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำถูกควบคุมโดยวงจรตรวจจับกระแสภายใน จากโหมดเวลาจัดส่ง เวลาประมาณ 100 มิลลิวินาที จากโหมดสแตนด์บายจะเริ่มเร็วขึ้น แต่ขึ้นอยู่กับขนาดของตัวเก็บประจุเอาต์พุต
BQ25570 สามารถใช้กับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลได้หลากหลาย รวมถึงตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุยิ่งยวด แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และแบตเตอรี่เคมีอื่นๆ เมื่อระบบอยู่ในโหมดพลังงานต่ำหรือโหมดสลีป ตัวสะสมจะให้พลังงานไฟฟ้าเพียงพอสำหรับชาร์จอุปกรณ์จัดเก็บ เมื่อตัวเก็บพลังงานไม่ทำงาน แบตเตอรี่หรือตัวเก็บประจุต้องมีพลังงานเพียงพอในการจ่ายไฟให้กับโหลดทั้งระบบ ต้องใช้องค์ประกอบการจัดเก็บ 100 μF ของตัวเก็บประจุที่เทียบเท่ากันเพื่อกรองกระแสพัลส์ของเครื่องชาร์จสวิตชิ่ง PFM
ตามคู่มือผู้ใช้ของ TI ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบตเตอรี่และตัวเก็บประจุยิ่งยวดคือมีแบตเตอรี่น้อยและแม้กระทั่งน้อยกว่าจำนวนหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าและมีซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ผู้ออกแบบระบบจำเป็นต้องสังเกตว่ามีกระแสไฟรั่วที่สำคัญ ซึ่งเทียบเท่ากับโหลด DC บนเอาต์พุตตัวแปลงบูสต์
การติดตามจุดไฟสูงสุด (MPPT) หมายถึงพลังงานที่ทรงพลังที่สุดและการจัดการเซลล์สุริยะ (70 ถึง 80%) และ TEG (50%) ฟังก์ชันอื่นๆ ที่อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่มีการจัดการประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง ได้แก่: การป้องกันแรงดันไฟเกินและแรงดันไฟต่ำของแบตเตอรี่ การปิดเครื่องด้วยความร้อนอัตโนมัติของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้ การตรวจสอบสถานะแบตเตอรี่อย่างแม่นยำเป็นอีกหนึ่งคุณสมบัติที่สำคัญ หากระบบอาจเข้าสู่สถานะสวนท่ง ก็จำเป็นต้องทริกเกอร์ฟังก์ชันโหลดกระแสตกด้วย
อุปกรณ์ทางเลือกและอุปกรณ์เสริม ฟังก์ชัน BQ25504 และ BQ25505 ที่เปิดตัวโดย Ti มีความคล้ายคลึงกัน แต่กระแสไฟนิ่งน้อยกว่า 325 NA อุปกรณ์ทั้งสองได้รับการติดตั้งตัวขับเกทมัลติเพล็กเซอร์แบบมัลติเพล็กเซอร์แบบใช้พลังงานอิสระเมื่อเริ่มทำงาน ทำให้ระบบสามารถรับพลังงานจากแหล่งรวบรวมพลังงานและแบตเตอรี่ปฐมภูมิ เพื่อให้แน่ใจว่ามีการจ่ายพลังงานคงที่เมื่อจำเป็น แม้ว่าจะไม่มีตัวสะสมก็ตาม ยังทำงานอย่างถูกต้อง กระแสไฟฟ้าสถิตย์ต่ำมากมีความสำคัญมากเมื่อระบบไม่สามารถปิดได้ เพื่อให้สามารถยืดอายุแบตเตอรี่ได้
หากมีปัญหาเรื่องขนาดและน้ำหนัก TI ขอแนะนำ BQ25100 ซึ่งเป็นเครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบลิเนียร์ที่มีกำลังไฟต่ำกว่า เหมาะอย่างยิ่งสำหรับปุ่มลิเธียมไอออนเพียงปุ่มเดียว อุปกรณ์ถูกห่อหุ้มด้วย WCSP 0.9 x 1.6 มม. รองรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตสูงสุด 30 V ทำให้สามารถควบคุมกระแสไฟชาร์จอย่างรวดเร็วได้อย่างแม่นยำภายใน 10 mA ถึง 250 mA
อุปกรณ์เสริม TPS82740A และโมดูลตัวแปลงบั๊ก TPS8274B รองรับกระแสไฟขาออก 200 mA ประสิทธิภาพการแปลงสูงถึง 95% กระแสไฟนิ่งที่ใช้เพียง 360 NA และ 70 NA คือ 70 NA แพ็คเกจ 6.7 mm2 ประกอบด้วยตัวควบคุมการสลับ ตัวเหนี่ยวนำ และตัวเก็บประจุ I / O เมื่อรวมอุปกรณ์แบบพาสซีฟที่จำเป็นทั้งหมดเข้าด้วยกัน ปริมาตรของอุปกรณ์จะเล็กกว่าโซลูชันแบบแยกส่วนเดียวกันถึง 75% TPS82740A เป็นแอปพลิเคชั่นแรงดันต่ำพิเศษ และ TPS8274B มีคุณสมบัติ "การควบคุม DCS" ซึ่งเหมาะสำหรับการจัดการพลังงาน เช่น Ti เช่น Ti เป็นต้น MSP430 ซีรีส์
โดยสรุป ในการเลือกแอปพลิเคชั่นแบบพกพาของเทคโนโลยีการเก็บพลังงาน ให้เลือก IC การจัดการพลังงานที่เหมาะสม คุณต้องพิจารณาข้อกำหนดด้านพลังงานของระบบ ศักยภาพในการผลิตพลังงาน และความจุพลังงานอย่างละเอียดถี่ถ้วน ที่ช่วงพลังงานต่ำสุด (เช่น โหนดเซ็นเซอร์ไร้สาย) หรือหากพลังงานที่สร้างโดย TEG มีขนาดเล็กมาก การเลือกอุปกรณ์จะมีข้อจำกัดมากขึ้น หากขนาดเล็กและน้ำหนักเบามีความสำคัญสูงสุด ให้เลือกการผสานรวมที่สูงขึ้น เช่น บทความนี้หลายฉบับ อาจเป็นทางออกที่ดีที่สุด
สินค้าอื่น ๆ ของเรา:
