微能量收集系统

2022-01-20 14:38:24 浏览数 (1)

能量采集系统

目前,物联网系统一般采用电池作为电源模块,有限的储能容量使得器件在使用过程中需要频繁地更换电池或充电,大大限制了系统长时间自主稳定运行的能力。近年来,随着光伏和水伏技术的发展,一系列直接从当地环境中捕获能量,并将其转换为电能的器件被发明出来,通过后续驱动电路将电能直接存储在锂电池等储能元件中,为物联网系统的供能提供了新的解决方案。

对于光伏、水伏、热电以及压电等换能器件,元件输出功率通常在 μW 级,无法直接为负载元件提供电能;因此,近来对光伏能量采集电路进行了调研,具体内容如附件所示:

图a表述为无线充电线圈整体结构示意图(新凯师弟赠与),其中一个作为发射端,产生交变磁场;一个作为接收端,把交变磁场转换为电能,驱动后续电路,Rogers课题组曾利用该方法制作无线柔性电子器件,相关成果发表于nature,前期推文具有简单概述大牛报告会(二)——John A·Rogers;图b表述无线充电模块在手机端的应用实例;图c表述无线LED灯实验过程,其中金色线圈产生交变磁场;图d表示LED灯具体结构示意图:集成有线圈,转换为电能驱动LED灯发光;

附录:补充材料

附1、能量捕获电路原理图?

bq25504能够对光伏、热电以及压电等各类元器件输出的微瓦(μw)到毫瓦(mw)级能量进行采集和管理,属于一款低功耗能量管理芯片,支持多种储能元件,例如:可充电锂电池,超级电容等,本推文对相关内容进行详细介绍:

图a表述为基于bq25504制作的柔性可穿戴能量收集系统,采用BPW34元器件实现光能的捕获;图b表述太阳能电池板电源管理模块,通过bq25504实现电能的存储;图c表述基于bq25504搭建的能量捕获系统原理简图,针对具体的工程问题,需要调节Roc1、Roc2电阻大小得到太阳能电池板最优能量输出(开路电压的75%),于此同时,需要调节Rov1、Rov2、Ruv1、Ruv2、Rok1、Rok2以及Rok3电阻大小,对电容器过充、过放等工况进行保护,提高能量存储元件的使用寿命;图d为响应的pcb图;图e表述bq25504能量收集的具体过程,其中负载采用LED等,当VBAT_OK引脚电压上升时,表述系统给电容器充电,下降表述电容器放电过程,LED灯亮,其中,VBAT引脚外接储能电容器;与此同时,从图c可以看出,提高电容大小,能够提高聚集在电极板的电荷量,进而能够提高放电时间;图f表述bq25504元器件结构示意图;附:当VBAT_OV=3.5V,VBAT_UV=2.8V,VBAT_OK=3V,VBAT_OK_HYST=3.2V时,相关电阻取值为:Ruv1=4.43M,Ruv2=5.57M,Rov1=5.31M,Rov2=4.69M,Rok1=3.875M,Rok2=5.5M,Rok3=625K;该芯片Vbias电压为1.24V;

附1、穿越人海只为遇见你~

附2、本文由沁蓝校稿;

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