通過供電脈沖能量收集電路

脈沖能量采集應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換能量爆發(fā)到足夠的功率用于操作簡單電路如無線交換機(jī)，無線數(shù)據(jù)記錄器，遙控器，和類似物。為了建立這些設(shè)計中，工程師可以在多種從廠家提供超低功耗的芯片和能量轉(zhuǎn)換器，包括EnOcean公司，凌力爾特，領(lǐng)新科技，美信集成，精量電子，微芯科技美迪科技，ROHM半導(dǎo)體，商Schurter的畫，Silicon Labs公司和德州儀器等等。能量收集應(yīng)用程序通常依賴于清除能量涓涓細(xì)流從身體發(fā)熱，震動，環(huán)境射頻一方面或從高能源，如太陽能，風(fēng)能等，吸取功率。在這些情況下，獲得了持續(xù)的能量來源，無論是低或高能量，通?？梢源_保電路的連續(xù)或接近連續(xù)操作。脈沖收獲，然而，得出功率從能量爆發(fā)與按鈕推，突然振動，或其它短命能量源相關(guān)聯(lián)。脈沖事件本身之外，這種做法留給電路的超出了多余的能量，他們可以從脈沖事件存儲無需額外電源。盡管存在這些挑戰(zhàn)，工程師們采用這種方法的應(yīng)用范圍從基本的瞬時按鈕開關(guān)搭載的鐵路車輛輪轂的高能量振動在其軌道上運(yùn)行復(fù)雜的無線監(jiān)控系統(tǒng)。脈沖能量收集有希望用于為廣泛的應(yīng)用一樣簡單無線按鈕開關(guān)到事件記錄器等等。事實(shí)上脈沖能量采集已經(jīng)謊言在非機(jī)械開關(guān)，如商Schurter的PSE系列壓電開關(guān)的心臟。與這些設(shè)備，按下按鈕偏轉(zhuǎn)的壓電盤，它創(chuàng)建能量足以電子開關(guān)，從而即刻關(guān)閉開關(guān)兩端的端子的電路的脈沖(圖1)的持續(xù)時間的電脈沖。在這種情況下，該電子開關(guān)觸點(diǎn)保持閉合的周期取決于致動速度，力和持續(xù)時間。

圖1：常開按鈕開關(guān)，如那些在商Schurter PSE系列依靠脈沖能量從壓電盤以暫時關(guān)閉一個電子開關(guān)，如跨越其端子的MOSFET柵極。 (商Schurter提供)

壓電收獲

當(dāng)彎曲或受到機(jī)械應(yīng)力，制造商，如美迪科技和精量壓電器件能產(chǎn)生足夠的輸出電壓功率MOSFET或CMOS直接門。例如，與測量專業(yè)LDT0-028K，2毫米偏轉(zhuǎn)足以產(chǎn)生約7 V和較大的彎曲可產(chǎn)生幾十伏(圖2)。

圖2：當(dāng)經(jīng)受相對較小的偏轉(zhuǎn)壓電器件，如精量LDT0-028K產(chǎn)生顯著輸出電壓電平。 (Measurement Specialties公司提供)不同于其他類型的傳感器，壓電器件產(chǎn)生時，他們一心來回的交流輸出電壓。因此，設(shè)計師通常會通過從一般小信號肖特基二極管陣列，如羅姆半導(dǎo)體RB521ZS8A30TE61創(chuàng)建橋式整流器通過從壓電設(shè)備輸出。以下整流器，設(shè)計者將通常使用的低功率變換器升壓或根據(jù)需要降壓的電壓。低功耗升壓轉(zhuǎn)換器，如凌力爾特LTC3108或Microchip的技術(shù)MCP1640，能帶來低電壓等級最高可用水平，而低功耗降壓轉(zhuǎn)換器，如Maxim的集成MAX638或德州儀器TPS62736，帶來更高的電壓降到安全水平。此外，低功耗降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器，如AMS AS1337或凌特LTC3531，特點(diǎn)是輸出電壓大幅波動地址的應(yīng)用程序。專業(yè)能量收集設(shè)備，如凌力爾特LTC3588-1集成這個電壓調(diào)節(jié)功能集成到單個芯片中。線性LTC3588-1結(jié)合了低損耗，全波橋式整流器與收獲來自壓電換能器的能量，并提供一個合適的調(diào)節(jié)的輸出到應(yīng)用電路所需要的高效率降壓轉(zhuǎn)換器。設(shè)計成與一壓電裝置或其他交流電源直接連接，所述LTC3588-1整流的電壓波形，并存儲在外部存儲電容器采集的能量(圖3)。

圖3：專業(yè)的設(shè)備，如線性技術(shù)LTC3588-1提供一個完整的壓電能量采集和電壓調(diào)節(jié)的解決方案，需要一些額外的組件。 (凌力爾特公司提供)

無線通信

取決于脈沖能量源的性質(zhì)，應(yīng)用程序搭載脈沖能量收集將可能具有有限的可用功率，以提供超出發(fā)送突發(fā)傳送到一些接收機(jī)的數(shù)據(jù)廣泛的功能。事實(shí)上，工程師們可苦于無法實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的無線傳輸協(xié)議，無需使用專用無線方式以最小的通信開銷，從而縮短傳輸突發(fā)和相應(yīng)的低功耗要求。對于具有非常有限的功率預(yù)算的應(yīng)用，射頻發(fā)送器IC，如領(lǐng)新技術(shù)TXM-XXX-LC提供無線連接到目標(biāo)設(shè)備或主機(jī)一個非常低功率的專有解決方案。用于短距離，低功率應(yīng)用，例如車庫門開啟或遙控器，領(lǐng)新提供其TXM-XXX-LC發(fā)射機(jī)在315兆赫，418兆赫和433兆赫頻帶，對周期性數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。該領(lǐng)新的LC傳感器可提供用于連接至一個MCU用于創(chuàng)建用于傳送的消息的多條數(shù)據(jù)線。另一方面，在TXM-XXX-LC和所述的Linx LICAL-ENC-MS001編碼器集成電路的組合提供了用于發(fā)送一個基本碼到目標(biāo)設(shè)備的簡單，低功耗的解決方案。以提供在發(fā)送的代碼唯一性和安全性的水平，所述的Linx LICAL-ENC-MS001提供一個編碼比特流與224種可能的組合對的Linx TXM發(fā)射機(jī)(圖4)。[!--empirenews.page--]

圖4：工程師可以通過一個編碼器集成電路，如領(lǐng)新技術(shù)LICAL-ENC-MS001結(jié)合，具有低功率無線RF發(fā)射器，如領(lǐng)新TXM-XXX-LC實(shí)現(xiàn)無線功能。 (領(lǐng)新技術(shù)的提供者)應(yīng)用搭載高能量脈沖 - 如軌道的火車輪脈沖震動 - 可以利用其相對較高的功率，支持更復(fù)雜的基于MCU的應(yīng)用，如鐵路顯示器。盡管如此，有必要確保脈沖事件之間連續(xù)操作指示使用非常低功率設(shè)備，即使在這些情況。在這種情況下，設(shè)計人員可以轉(zhuǎn)向從Silicon Labs Si106x系列或德州儀器CC2541器件的低功耗MCU。該SILABS Si106x和TI的CC2541每個集成了一個8051兼容的單片機(jī)片內(nèi)RAM，閃存，多個外設(shè)以及無線收發(fā)器。該Silicon Labs的Si106x系列的特點(diǎn)是支持專用無線協(xié)議，頻率范圍從142兆赫至1050兆赫的設(shè)備，而TI CC2541被設(shè)計為支持的協(xié)議或在2.4 GHz頻段的標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙低功耗協(xié)議。專為低功耗應(yīng)用，這些器件具有多種低功耗睡眠狀態(tài)和極短的喚醒時間。然而，在一個脈沖 - 采集應(yīng)用，采用這些裝置通常需要使用一個本地能量存儲裝置的諸如可充電鋰離子電池，薄膜電池，或超級電容器提供電源，以支持休眠狀態(tài)所需的滴流之間的能量脈沖事件。

無線模塊

壓電設(shè)備不是為脈沖能量設(shè)計的唯一解決方案。事實(shí)上，電磁感應(yīng)技術(shù)可以產(chǎn)生顯著輸出電壓的各種配置，包括線性和旋轉(zhuǎn)。事實(shí)上，一個電磁換能器組件形成從EnOcean公司可用PTM 200和PTM 210U無線模塊的核心。所述的EnOcean PTM 200 / 210U結(jié)合了電源轉(zhuǎn)換器，處理器，和無線電臺在單個封裝中(圖5)的能量換能器。在此，電動換能器是由一個單獨(dú)的按鈕或搖臂開關(guān)的作用下，定位成推換能器的“能量弓”使用​​標(biāo)簽安裝在模塊的外部激活。當(dāng)能量弓被推僅為1.8毫米的距離，功率的足夠的脈沖被提供給使處理器和無線電傳輸基于接觸乳頭的設(shè)置一短的RF消息。在PTM 200工作在868.3 MHz頻段，而PTM 210U采用了902 MHz頻段。

圖5：由通過磁場推動一個“能量弓”供電集成處理器和RF發(fā)射機(jī)創(chuàng)建的EnOcean PTM 200 / 210U收成脈沖能量。 (EnOcean公司提供)

結(jié)論

脈沖能量收集可以產(chǎn)生足夠的電力來激活低功耗，短持續(xù)時間的應(yīng)用，如無線交換機(jī)和數(shù)據(jù)記錄器。通過捕獲能量短脈沖，這些應(yīng)用程序可以無限期運(yùn)行無需電池或電源的外部來源。工程師，可用IC和換能器的一個寬陣列提供用于實(shí)現(xiàn)無線設(shè)計搭載脈沖能量收集方案的相應(yīng)不同的范圍。