如何使用能量采集的高可靠性工業(yè)控制環(huán)境

本文著眼于利用能量采集源動力在工業(yè)自動化節(jié)點，其中高可靠性是關(guān)鍵的設(shè)計挑戰(zhàn)。它探討如何能源如結(jié)合溫度和振動與電池系統(tǒng)和無線鏈路，以確保傳感器節(jié)點可以放置在完全正確的位置，并具有最高可能的可靠性。

能量收集技術(shù)可以用于增強工業(yè)系統(tǒng)的可靠性和可用性。能夠定位傳感器節(jié)點在需要它們不管電源或通信鏈路的可提供更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)的地方。這反過來可以提供趨勢數(shù)據(jù)標識發(fā)生并允許預(yù)防性維護或故障發(fā)生前帶來的流替代設(shè)備之前，他們的問題，如卡爾曼算法的技術(shù)。

這些能量收集技術(shù)克服了簡單的電池供電的傳感器節(jié)點所面臨的挑戰(zhàn)。隨著成千上萬節(jié)點跨越工廠地板，維護和更換電池可以是一個昂貴和費時的工作。然而，能量收集被視為可顯著變化，因此往往不考慮這樣的應(yīng)用不可靠的來源。結(jié)合的能量采集源，如振動，熱或用太陽能充電電池帶來了兩全其美。獨立的傳感器節(jié)點可以容易地放置在難以到達的地方，并且可再充電電池系統(tǒng)可以持續(xù)數(shù)千個周期，顯著地延長了節(jié)點的壽命。

然而，這種組合需要一類新的電源管理設(shè)備，可以從一個不規(guī)則的，低電流源提供可靠的電力。這些器件采用降壓 - 升壓架構(gòu)來專門管理從源動力

從收獲的振動能量，與如丙烯酰胺的Volture V25W設(shè)備，是權(quán)力在工廠自動化的重要來源。 。

美迪Volture V25W壓電振動能量生成的圖像

圖1：從MIDE的Volture V25W壓電振動能量發(fā)生器。

這是被設(shè)計為在惡劣環(huán)境中使用一個密封的壓電器件。它可以作為一個傳感器，但它也可以直接與電源管理芯片和薄膜電池集成以提供一個可靠的電源。它是在由攻電機的振動供電的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，以及無線高壓空調(diào)傳感器在工業(yè)自動化設(shè)置傳感器節(jié)點的具體目標。能夠監(jiān)視暖通的狀態(tài)是重要的，以確保在工廠車間的溫度被嚴格控制的可靠性。

該傳感器被安裝在振動源并調(diào)諧到源的諧振頻率。常以占優(yōu)勢的頻率是與一個120赫的交流電機或60赫茲器具以使調(diào)諧容易顯而易見的，但大多數(shù)的應(yīng)用將需要某種形式的振動表征的，以確保源工作在諧振頻率。

然后將V25W可以連接到一個電力管理裝置如Maxim的MAX17710。這是為充電和保護微存儲單元從能量收集來源的完整的系統(tǒng)。它管理監(jiān)管不力與輸出電平范圍從1固件系統(tǒng)100毫瓦來源。該器件還包括電池從低至0.75 V(典型值)源充電升壓穩(wěn)壓電路。

內(nèi)部調(diào)節(jié)保護細胞免受過充電，供給到目標應(yīng)用程序的輸出電壓是使用低壓差(LDO)與3.3伏的電壓可選擇線性穩(wěn)壓器，2.3伏，或1.8 V.輸出調(diào)節(jié)器以可選擇的調(diào)節(jié)低功率或超低功率模式，以盡量減少細胞的漏極。內(nèi)部電壓保護可防止電池過度放電。

Maxim的MAX17710的圖

圖2：MAX17710特別調(diào)諧到能量采集源的功率。

太陽能電池為電源的工廠車間的可能來源甚至在室內(nèi)。從飛索的MB39C831是一個高效率的同步整流升壓DC / DC變換器，它有效地提供能量從與單個細胞或多個小區(qū)的太陽能電池獲得，或從熱電發(fā)電機(TEG)，以鋰離子電池。

它控制DC / DC轉(zhuǎn)換器輸出下列使用最大功率點跟蹤(MPPT)算法，保護功能的鋰離子電池安全充電的太陽能電池的最大功率點。

在一般情況下，太陽能電池的電壓依賴于負載電流而變化，因此工作點所在的功率變?yōu)樽畲笫顷P(guān)鍵。控制算法來跟蹤這個最佳工作點相比，釋放點在沒有負載提供最高的效率為功率轉(zhuǎn)換。