如何使用能量采集的高可靠性工業(yè)控制環(huán)境

Spansion公司MB39C831的圖

圖3：MB39C831跟蹤源的最佳功率點(diǎn)為最有效的能量轉(zhuǎn)換。

有可能使用低電壓設(shè)計(jì)(圖3)，以啟動從0.35訴該設(shè)備適應(yīng)其中的單細(xì)胞的太陽能電池被視為輸入的應(yīng)用程序，并提供為3.0V至5.0 V的輸出與41微安靜態(tài)電流傳感器節(jié)點(diǎn)的電源。該裝置的一個(gè)主要特征是，它通過使用脈沖頻率模式(PFM)和脈沖寬度模式(PWM)轉(zhuǎn)換之間自動切換優(yōu)化功率轉(zhuǎn)換的效率低輸出功率期間。

這種適應(yīng)性措施也有助于其他能源，如熱能。這可以用來在工廠車間從熱的差異產(chǎn)生動力。熱機(jī)如萊爾德WPG-1可以提供高達(dá)1.5毫瓦可用輸出功率，并能處理范圍廣泛的負(fù)載電阻(如圖4)。一個(gè)超低電壓升壓轉(zhuǎn)換器被結(jié)合到下20°K提供可用輸出功率為低的溫度差異。輸出功率可以被調(diào)節(jié)，以適應(yīng)三個(gè)電壓設(shè)置點(diǎn)：3.3伏，4.1伏或5.0 V至該傳感器節(jié)點(diǎn)的電源或甚至更大的設(shè)備。

的單元是收割廢熱，并將其轉(zhuǎn)換為可使用的輸出DC功率無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自包含薄膜熱電發(fā)電機(jī)。對于不同的熱差異或輸出電壓，定制設(shè)計(jì)服務(wù)，可容納備用吸熱和散熱機(jī)制。

萊爾德WPG-1熱機(jī)電流輸出的圖像

圖4：根據(jù)溫度差萊爾德WPG-1熱機(jī)的電流輸出。

進(jìn)一步增強(qiáng)了能量采集源的可靠性的一種方法是使用一個(gè)電容器組收集的能量之前，要么使用或存儲在本地電池。從先進(jìn)的線性器件EH300 / EH301系列EPAD能量采集模塊可以接受的能源來自眾多來源提供傳統(tǒng)的3.3 V和5.0 V輸出與低功耗間歇工作周期采樣的數(shù)據(jù)或狀態(tài)的監(jiān)測，以及極端的壽命要求的應(yīng)用。這些模塊是完全自供電，總是處于活動模式，這樣他們可以接受的瞬時(shí)輸入電壓范圍從0.0 V至+/- 500伏交流或直流，并且輸入電流從200 nA至400毫安從產(chǎn)生電能量收集源能在任何一個(gè)穩(wěn)定或間歇性和不規(guī)則的方式與不同的源阻抗。

EH300模塊的高級線性器件圖像

圖5：從先進(jìn)的線性器件EH300模塊使用電容器組從各種能量采集源提供一個(gè)始終保持接通電源管理。

每個(gè)模塊設(shè)置兩個(gè)電源電壓閾值+ V_low DC和+ V_high直流之間進(jìn)行操作，對應(yīng)于最小(VL)和最大值(VH)的電源電壓為傳感器節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)能量源開始能量轉(zhuǎn)換成一個(gè)模塊，作為電荷脈沖的輸入端注入，這些電荷包被收集，積累和存儲到內(nèi)部存儲電容器組。對于最常見的能量采集應(yīng)用中，電能電荷分組到達(dá)的輸入電壓尖峰是不受控制的和不可預(yù)測的形式。通常，這些涵蓋廣泛的電壓，電流和時(shí)間波形的，它可以是很難處理。作為一個(gè)例子，在4分鐘內(nèi)以10微安的平均輸入電流以僅僅1.0微安的平均輸入電流的EH300模塊罐周期和40分鐘內(nèi)。

結(jié)論

能量收獲可將功率傳遞到傳感器網(wǎng)絡(luò)而不通過電源電纜的限制的有效方法。放置到需要的地方，并且通過設(shè)備的振動或以上的供電的燈，在該地方的傳感器可以是一種創(chuàng)新的方式來獲得非常有用的數(shù)據(jù)，以確保工廠系統(tǒng)可靠地運(yùn)行。加充電電池延伸的維修和更換周期急劇并提供一種靈活的和有效的方式經(jīng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠地監(jiān)測設(shè)備。