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(dòng)力在工業(yè)自動(dòng)化節(jié)點(diǎn)，其中高可靠性是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。它探討如何能源如結(jié)合溫度和振動(dòng)與電池系統(tǒng)和無線鏈路，以確保傳感器節(jié)點(diǎn)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(qiáng)工業(yè)系統(tǒng)的可靠性和可用性。能夠定位傳感器節(jié)點(diǎn)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(shì)數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)發(fā)生并允許預(yù)防性維護(hù)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(jiǎn)單的電池供電的傳感器節(jié)點(diǎn)所面臨的挑戰(zhàn)。隨著成千上萬節(jié)點(diǎn)跨越工廠地板，維護(hù)和更換電池可以是一個(gè)昂貴和費(fèi)時(shí)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(dòng)，熱或用太陽能充電電池帶來了兩全其美。獨(dú)立的傳感器節(jié)點(diǎn)可以容易地放置在難以到達(dá)的地方，并且可再充電電池系統(tǒng)可以持續(xù)數(shù)千個(gè)周期，顯著地延長了節(jié)點(diǎn)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(gè)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(dòng)力

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

美迪Volture V25W壓電振動(dòng)能量生成的圖像

圖1：從MIDE的Volture V25W壓電振動(dòng)能量發(fā)生器。

這是被設(shè)計(jì)為在惡劣環(huán)境中使用一個(gè)密封的壓電器件。它可以作為一個(gè)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(gè)可靠的電源。它是在由攻電機(jī)的振動(dòng)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(dòng)化設(shè)置傳感器節(jié)點(diǎn)的具體目標(biāo)。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(yán)格控制的可靠性。

該傳感器被安裝在振動(dòng)源并調(diào)諧到源的諧振頻率。常以占優(yōu)勢(shì)的頻率是與一個(gè)120赫的交流電機(jī)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(dòng)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(gè)電力管理裝置如Maxim的MAX17710。這是為充電和保護(hù)微存儲(chǔ)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(hù)細(xì)胞免受過充電，供給到目標(biāo)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(xì)胞的漏極。內(nèi)部電壓保護(hù)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(gè)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(gè)細(xì)胞或多個(gè)小區(qū)的太陽能電池獲得，或從熱電發(fā)電機(jī)(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(diǎn)跟蹤(MPPT)算法，保護(hù)功能的鋰離子電池安全充電的太陽能電池的最大功率點(diǎn)。

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