對于工業(yè)自動化無線開關(guān)電源的能量采集參考設(shè)計

時間：2020-08-11 18:09:01

關(guān)鍵字：工業(yè)自動化開關(guān)電源

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[導(dǎo)讀] 為了充分發(fā)揮工業(yè)4.0的潛力，工廠和設(shè)備需要安裝傳感器。傳感器的數(shù)量如此之多，使得有線安裝設(shè)備禁用，因此無線技術(shù)（如無線HART和即將推出的Bluetooth®低能量網(wǎng)絡(luò)）成為

為了充分發(fā)揮工業(yè)4.0的潛力，工廠和設(shè)備需要安裝傳感器。

傳感器的數(shù)量如此之多，使得有線安裝設(shè)備禁用，因此無線技術(shù)（如無線HART和即將推出的Bluetooth®低能量網(wǎng)絡(luò)）成為直接的考慮因素。然而，這些傳感器的電池更換的成本通常被低估。

不用使用電池，從傳感器正監(jiān)測的信號驅(qū)動傳感器是可擴展性的解決方案。例如，位置或接近傳感器由它們正在監(jiān)視的實際運動提供動力，這使得系統(tǒng)能夠達(dá)到可預(yù)測性和魯棒性的最高水平。

TI發(fā)布了一個新的參考設(shè)計，即無線開關(guān)電源參考設(shè)計的能量采集，為能量采集開關(guān)（圖1）提供電源管理解決方案。能量采集開關(guān)的構(gòu)造類似于一個線性發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。參考設(shè)計采集該電能，以對閥或其它機械致動器，及用于機器啟動和停止的緊急開關(guān)和控制器進(jìn)行無線位置控制。

圖1：無線開關(guān)電源的能量采集參考設(shè)計

參考設(shè)計的應(yīng)用范圍包括工廠自動化和過程控制，及建筑自動化和非工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)需要更低的維護(hù)和安裝成本、更高的系統(tǒng)運行時間和更高的靈活性，且認(rèn)為接線不可行時，您可以使用此類型的解決方案。此外，由于設(shè)計固有的低功率操作特性，它是隔爆應(yīng)用的最佳解決方案，避免使用成本過高的保護(hù)方法。

當(dāng)設(shè)計能量采量電路時，不管負(fù)載是否在多個系統(tǒng)中具有重復(fù)使用的靈活設(shè)計，提取最大能量是一個挑戰(zhàn)。

電動系統(tǒng)可以是具有固定輸出阻抗的發(fā)電機，因此從理論上講，為了提取最大能量，只需要將源阻抗與負(fù)載匹配。然而，對于動態(tài)行為負(fù)載，這不可能實現(xiàn)。

一種替代方案是緩沖能量。它可作為對有源負(fù)載的恒定電源供給。因此，挑戰(zhàn)是能夠在不暴露恒定負(fù)載的條件下，從發(fā)電機提取盡可能多的能量。應(yīng)該考慮兩個主要事情：

通過盡可能長時間地保留DC / DC充電的輸入電容，一旦發(fā)電機的輸出電壓低于輸入電容的電壓，不再提取能量。

通過使DC / DC盡快啟動，發(fā)電機盡可能靠近其短路工作點運行，這也遠(yuǎn)離其最大功率點。

要記住的另一設(shè)計考慮是發(fā)生器將產(chǎn)生兩個脈沖：針對每個完全致動（推動和釋放），一個為正，一個為負(fù)。參考設(shè)計通過負(fù)波整流提取最大能量。

對于整流，有兩種可能選擇：全波整流或倍壓器。參考設(shè)計遵循倍壓器（參見圖2）選項，有兩個原因：

與全波整流器相比，倍壓器的損耗僅為二極管的一半，因此整體效率得以提高。

當(dāng)DC / DC達(dá)到欠壓閉鎖（UVLO）時，電容中留下的能量可以視為損耗。對于全波整流器，情況通常如此。利用倍壓器，第二波將高于UVLO電平對電容充電，并且因此可完全被使用。

最后，通過反復(fù)實驗優(yōu)化作為UVLO電壓的函數(shù)的輸入端值，以實際DC / DC的運行時間最大化（即，在其輸出端提供有效電壓的時間）的目標(biāo)。

圖2：如何從能量采集開關(guān)提取最大能量

參考設(shè)計可輕松連接到SimpleLink™CC2650無線MCU LaunchPad™套件，通過CC2650傳輸無線數(shù)據(jù)，并通過電路板上的TPS62122或TPS62125供電。