0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

在能量收集设计中添加电源备份功能

电子设计 来源:郭婷 作者:电子设计 2019-03-25 08:30 次阅读

环境能源可以提供几乎连续的功率来运行超低功耗电路。然而,当环境源波动很大并且可能损害足够的稳态功率时,备用电源可以使这些应用保持运行,甚至可以提供峰值功率突发所需的能量。使用可用的能量存储设备和电源管理IC工程师可以构建能量收集电路,即使环境功率暂时存在间隙或功耗间歇性峰值,也能够更可靠地保持功能。

超低功耗IC使电路设计人员能够在各种应用中利用能量收集技术。在最简单的设计中,能量传感器将环境能量转换为足以为超低功耗ADCDACMCU供电的水平。在无线传感器等应用中,无线电操作会引入间歇性峰值功率需求(图1)。即使持续时间最短的无线电突发,峰值功率要求也很容易超过低能量环境源的瞬时功率水平(表1)。

在能量收集设计中添加电源备份功能

图1:即使是功率最高的IC,无线通信也会在接收和发送操作期间增加大量功率需求(德州仪器提供)。

在能量收集设计中添加电源备份功能

表1:主要环境源的典型采集功率(由Imec提供)。

除了无线应用中的电源突发外,当光源被阻挡,振动模式安静或其他环境源暂时暂停时,环境供电设计可能会面临停电期。在这些情况下,完全断电需要序列重启操作,以确保在能量收集子系统通电后应用电路以正确的功率水平启动。实际上,当从缺乏所需环境源的长期存储区域移除能量收集模块时,任何能量收集设计都可能面临这种情况。对于诸如无线传感器之类的应用,期望可靠地提供接近连续的监测参数数据流,由于间歇性功率损耗而反复重新初始化设计的需要是不可接受的。

为了确保在峰值需求期间运行甚至间歇性地损失环境源,能量采集设计通常基于包括能量存储和相关电源管理控制器电力系统(图2)。除了为每个系统组件提供专用设备外,集成设备还可根据能量收集为许多应用提供完整的解决方案。

在能量收集设计中添加电源备份功能

图2:对于由环境能量供电的典型无线传感器设计,能量存储和功率控制器是必要的补充,以支持无线子系统的峰值功率需求(图片由瑞萨)。

薄膜锂离子储能装置通常选用超级电容器,以满足长期存储需求;反过来,超级电容器非常适用于以高电流负载短脉冲为特征的应用。诸如Cymbet EnerChip™固态电池之类的薄膜存储设备具有较低的自放电率,并在较大的放电周期内保持稳定的输出电压。

为了实现存储设备的充电电路,设计人员可以使用保护设备,如凌力尔特公司的LTC4071,它提供充电和电池保护功能。 LTC4071专为能量收集等极低功耗应用而设计,可以从极低电流,间歇或连续充电电源为锂离子电池充电。 LTC4071具有近零电流,低电池闭锁断开功能,可在电池电压过低时将电路与电路断开,从而保护电池免受过放电和潜在的无法修复的损坏。

Cymbet还在其EnerChip CC CBC3105中提供集成的充电和保护功能,该功能将电源管理电路与固态电池相结合(图3)。在正常操作期间,EnerChip CC使用内部电荷泵为受控电压充电。当主电源电压低于用户设定的阈值电压时,器件将片上存储器件输出路由至VOUT。

在能量收集设计中添加电源备份功能

图3:Cymbet EnerChip CC将片上能量存储与集成电源管理功能相结合,能够支持多个固态电池(由Cymbet提供)。

为了向应用电路提供稳压电源,工程师可以使用超低功耗低压差(LDO)稳压器(如ADI公司的ADP162)和欠压检测器等实现简单的控制器(再次参见图1)作为安森美半导体的NCP302控制器,它提供欠压锁定和过压保护。通过将NCP302的输出连接到ADP162的关断引脚,工程师可以确保仅在电源电压达到适当电平时才为负载供电。

凌力尔特公司的LTC3588-1为能量收集提供单芯片解决方案,LTC3588-1集成了用于从传感器获取能量的电路和电源管理电路,为负载提供稳压输出。使用Linear LTC4071进行电池保护,这些器件的组合简化了带有备用电源的能量收集应用的设计(图4)。

在能量收集设计中添加电源备份功能

图4:凌力尔特公司LTC3588-1与Linear LTC4071电池保护器件配合使用,可提供完整的电池备份能量收集解决方案。这里,这些装置被配置为使用压电换能器来获取振动能量(Courtesy of Linear Technology)。

德州仪器(TI)BQ25504等设备进一步简化了能量采集设计中的备用电源的实施。 BQ25504专为能量采集应用而设计,结合了片上电池充电器和升压转换器,能够从低压电源中提取电能。该器件需要330 mV才能启动升压转换器,但一旦启动,它就可以从低至80 mV的输入电压中获取能量。

同样,Maxim Integrated MAX17710为低压能量收集和电池管理提供集成解决方案。能够从低至75 mV的电源获取能量,只要输入电压超过存储设备电压,该设备就可以直接从环境源为存储设备充电。当存储电压上升到规定阈值以上时,输入线性稳压器开启以保护存储设备免于过充电。当存储设备放电至阈值电压时,器件的欠压锁定(UVLO)功能会禁用输出电压调节器,断开负载以保护存储设备免于过放电(图5)。

在能量收集设计中添加电源备份功能

图5:Maxim Integrated Products的MAX17710等集成能量采集器件提供电池保护功能,可断开负载以保护存储设备免受过放电的影响(图片由Maxim Integrated Products)。

结论

电源备份有助于确保从环境源供电的电路的长期功能,这些电路的能量输出可能差异很大。对于诸如无线传感器之类的设计,其间歇性峰值功率要求超过这些源的稳态功率输出,备用电源对于正常操作至关重要。通过结合使用固态存储设备和电池保护组件,设计人员可以轻松地为超低功耗能量采集设计添加电源备份功能。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电源
    +关注

    关注

    184

    文章

    17455

    浏览量

    249000
  • 传感器
    +关注

    关注

    2545

    文章

    50384

    浏览量

    750657
  • 电池
    +关注

    关注

    84

    文章

    10375

    浏览量

    128442
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    专为能量收集应用而设计多模PMIC的特点

    由于大多数环境源的能量输出不规则,对能量收集应用的需求尤为迫切。因此,电源管理IC(PMIC)管理收获的
    的头像 发表于 03-14 08:04 3953次阅读
    专为<b class='flag-5'>能量</b><b class='flag-5'>收集</b>应用而设计多模PMIC的特点

    智能电网能量收集

    面、20 引脚 3.5 mm x 3.5 mm QFN 封装 (RGR) ,使得电源管理元件易于和能量收集源安装在一起。结论使用能量
    发表于 02-23 11:42

    常见能量收集技术

    能量收集技术已经有象 Midé Volture V21BL 这样的器件运用到工业应用。 晶体会与振动的物体产生共振,产生足够的电流后向传感器供电。 大幅减小这类器件(包括电源管理器件
    发表于 02-23 17:07

    满足能量收集要求的PMICs

    波桥式整流器集成凌力尔特LTC3588-2。 (凌力尔特公司提供)ADI公司ADP5090图片图4:设备,例如ADI公司的ADP5090结合能量收集电源管理和电池充电
    发表于 02-25 17:33

    能量收集中的集成电路/芯片(ICs)简化备份电源

    功能与特点专门设计,支持电源备份需求。例如,线性LTC3331集成了一个单独的电源路径,使操作从备份锂离子电池时从环境来源
    发表于 02-26 16:14

    能量收集设计备用电源

    超越这些来源的稳态功率输出,电源备份的正常运行是至关重要的。结合使用的固态存储设备和电池保护元器件,设计人员可以方便地对超低功耗能量收集设计添加
    发表于 03-07 16:00

    能量收集应用的可接受的功率水平工作

    环境能源可以代表使用能量收集电源设计的不确定性。在这些设计,使用“电源良好信号尤为重要,实现关键电路如单片机和存储器只有权力可以
    发表于 03-10 16:35

    介绍能量收集能量储存和电源管理解决方案的优点、构建以及发展趋势

    的供电需求,从而推动物联网增长。有了能量收集解决方案,电子系统就能够没有传统电源的情况下独立运作。然而,无论这种方案多么的方便和灵活,能量
    发表于 07-04 13:36

    能量收集应用无处不在

    能量收集方法,如交通运输基础设施、无线医疗设备、轮胎压力检测和楼宇自动化市场。尤其是楼宇自动化系统,诸如占位传感器、自动调温器甚至光控开关等,以前安装时通常使用的
    发表于 10-23 14:22

    电源管理优化能量收集

    电源管理优化能量收集
    发表于 05-22 17:12

    非传统电源能量收集

    非传统电源供应之能量收集入门
    发表于 09-10 10:18

    能量收集设计电源选择

    能量收集应用程序通常需要处理从多个电源,包括一个或多个收获的能源,可充电电池,备用主电池,和其他能量存储设备的选择。
    发表于 05-16 09:22 7次下载
    <b class='flag-5'>能量</b><b class='flag-5'>收集</b>设计<b class='flag-5'>中</b>的<b class='flag-5'>电源</b>选择

    能量回收设计电源备份

    环境能源可以提供几乎连续不断的电源来运行超低功耗电路。然而,当环境源广泛波动,并危及足够的稳态功率的可用性,电源备份可以保持这些应用程序运行,甚至提供所需的能量峰值功率突发。
    发表于 06-15 15:36 4次下载
    <b class='flag-5'>能量</b>回收设计<b class='flag-5'>中</b>的<b class='flag-5'>电源</b><b class='flag-5'>备份</b>

    能量收集电源设计飞机状况监视系统的应用方案

    将为之改观。这些器件几乎可以从任何热源或机械振动源抽取能量,而热源和机械振动源飞机环境是常见的。此外,这些器件具有全面的功能并易于设计,因此它们极大地简化了
    发表于 12-07 14:48 1491次阅读
    <b class='flag-5'>能量</b><b class='flag-5'>收集</b><b class='flag-5'>电源</b>设计<b class='flag-5'>在</b>飞机状况监视系统的应用方案

    自主系统的能量收集

    能量收集是指从环境或系统本身(例如,可穿戴医疗应用的人体)收集为嵌入式系统的电子设备(通常是超低功耗)供电所需的能量的能力. 超级电容器是
    的头像 发表于 08-08 10:55 1553次阅读
    自主系统的<b class='flag-5'>能量</b><b class='flag-5'>收集</b>