ऊर्जा संग्रह को मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को बिजली आपूर्ति के लिए बिजली आपूर्ति विधि के रूप में देखा जाता है जिसे बिजली आपूर्ति या बैटरी के अलावा अन्य में जोड़ने की आवश्यकता होती है। कई मामलों में, ऊर्जा संग्रह का उपयोग करने वाले अनुप्रयोगों में अक्सर बड़ी मात्रा में समायोजित करने के लिए पर्याप्त स्थान नहीं होता है। विशिष्ट उदाहरणों में पहनने योग्य प्रौद्योगिकियां जैसे फिटनेस गैजेट और स्वास्थ्य निगरानी उपकरण, साथ ही वायरलेस सेंसर नोड्स जैसे पर्यावरण या संरचनात्मक स्थिति निगरानी अनुप्रयोग शामिल हैं।
आमतौर पर, सौर ऊर्जा, कंपन या तापमान अंतर जैसे पर्यावरणीय ऊर्जा स्रोतों से एकत्रित ऊर्जा को संक्रमण, बूस्टिंग और अस्थायी भंडारण के बाद प्रभावी ढंग से उपयोग करने की आवश्यकता होती है। आजकल, ऊर्जा संग्रह ऐप्स और पावर प्रबंधन एकीकृत सर्किट द्वारा लॉन्च की गई कई कंपनियां तेजी से बढ़ रही हैं। लेकिन दबाव का सामना करना पड़ रहा है, यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये उपकरण बहु-कार्य संचालन की सुविधा के लिए अत्यधिक एकीकृत हैं, और आकार जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए। इसमें कोई संदेह नहीं है कि उपकरण की बिजली की खपत ही बहुत कम है।
यह लेख तेजी से पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरण बाजारों और उनके संबंधित अनुप्रयोगों की लघुकरण आवश्यकताओं की रूपरेखा तैयार करेगा, और हाल ही में, एकीकृत हिरन कन्वर्टर्स के साथ BQ25570 बूस्ट चार्जर, और समान विकल्पों और पूरक घटकों की एक श्रृंखला पर चर्चा करेगा। यह लेख टीआई के उपयोगकर्ता गाइड को संदर्भित करेगा, समझाएगा कि कम शक्ति, स्थान / वजन सीमा को अल्ट्रासेन करने के लिए डिवाइस का प्रभावी ढंग से उपयोग कैसे करें।
अधिक सुविधाएँ आज, यह अधिक तेजी से पहनने योग्य उपकरण हैं जो स्वास्थ्य की स्थिति की निगरानी करने और स्वास्थ्य देखभाल की स्थिति प्रदान करने और चिकित्सा सेवाएं प्रदान करने के लिए फिटनेस योजना को ट्रैक करते हैं। अधिकांश पोर्टेबल उपकरणों के रूप में, यह प्रवृत्ति उपभोक्ताओं की अपेक्षा के साथ उपकरण कार्यों में वृद्धि को बढ़ावा देगी। यदि जीपीएस डिवाइस को हार्ट रेट मॉनिटर में एकीकृत किया गया है, तो रिकॉर्डिंग रिंग नंबर या रनिंग रूट को ट्रैक करें, हार्ट रेट मॉनिटर अधिक पसंदीदा होगा। वर्तमान में, आधुनिक पहनने योग्य स्वास्थ्य निगरानी उपकरण रक्तचाप, शरीर के तापमान, रक्त ऑक्सीजन सामग्री, हृदय गति और गतिविधि की निगरानी कर सकते हैं।
चित्र 1: कई पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरण अनुप्रयोगों में ऊर्जा संग्रह प्रमुख प्रौद्योगिकियां होंगी।
बाएं: सेंसोरिया के स्मार्ट मोजे, दबाव सेंसर से लैस, ब्लूटूथ के माध्यम से पैर के छल्ले के साथ संचार कर सकते हैं ताकि चलने की मुद्राओं (एड़ी / पैर) को पहचानने और सुधारने में मदद मिल सके। अन्य सेंसर रिकॉर्ड, गति, खपत कैलोरी, ऊंचाई और दूरियों को ट्रैक कर सकते हैं।
दाएं: फ्रौनहोफर इंस्टीट्यूट आर एंड डी बुजुर्ग समूह के लिए पहनने योग्य सहायक उपकरण प्रोग्राम योग्य सेवाओं की एक श्रृंखला प्रदान कर सकते हैं जैसे ड्रग रिमाइंडर लेना, स्वास्थ्य निगरानी और आपातकालीन सहायता कॉल।
वायरलेस कनेक्शन बाद के विश्लेषण के लिए एकत्रित डेटा को स्थानांतरित और संग्रहीत करना आसान बनाता है। इंटरनेट ऑफ थिंग्स के हिस्से के रूप में वायरलेस सेंसर नेटवर्क, बुद्धिमान इमारतों और पर्यावरण निगरानी जैसे अनुप्रयोगों में आवश्यक है, और इन अनुप्रयोगों में कई सेंसर से डेटा संकलित किया जाना चाहिए। इस वजह से, एकीकृत सेंसर, रेडियो फ्रीक्वेंसी सर्किट, और अधिक सटीक माइक्रोकंट्रोलर स्मार्ट वॉच, बायोमेट्रिक मॉनिटर, आईडी टैग उत्पादों, सेंसर नोड्स और अन्य पहनने योग्य या दूरस्थ अनुप्रयोगों में तेजी से बढ़ रहे हैं।
हालांकि, ऐसे मल्टी-फंक्शन डिवाइसों को पसंद किया जाना चाहिए, उचित बैटरी जीवन को छोड़कर, इसके लिए हल्के वजन, छोटे आकार और आराम की भी आवश्यकता होती है। डिजाइनरों ने ऊर्जा संग्रह तकनीकों का उपयोग पर्यावरणीय ऊर्जा जैसे शरीर की गर्मी या पैरों के कदमों का प्रभावी ढंग से उपयोग करने के लिए किया है, ताकि बैटरी चार्ज होती रहे। कुछ उपकरणों (जैसे प्रत्यारोपित उपकरण) में, एकत्रित ऊर्जा ही ऊर्जा का एकमात्र स्रोत है।
इसलिए, ऊर्जा संग्रह को एक स्थानिक व्यावहारिक तकनीक के रूप में देखा जा सकता है जिसका उपयोग बैटरी के विकल्प के रूप में किया जा सकता है, और रिचार्जेबल बैटरी की एक छोटी मात्रा प्राप्त कर सकता है। बैटरी या आपूर्ति की गई ऊर्जा द्वारा संचालित किसी भी उपकरण के लिए, बिजली प्रबंधन बहुत महत्वपूर्ण है। उच्च बिजली की खपत, आमतौर पर अनियमित बिजली आपूर्ति द्वारा इष्टतम प्रदर्शन और उच्च दक्षता संचालन सुनिश्चित करने के लिए, कुछ सटीकता और सटीकता की आवश्यकता होती है। कई आईसी निर्माताओं ने इस बाजार को लक्षित किया है, जिनमें एडवांस्ड लीनियर डिवाइसेस, सिम्बेट, लीनियर टेक्नोलॉजी, मैक्सिम इंटीग्रेटेड, स्पैन्शन, सेंट माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स शामिल हैं।
बिजली की पुरानी पीढ़ी की तुलना में, बिजली की आपूर्ति की नई पीढ़ी अधिक है, मात्रा कम है, और बिजली की खपत कम है। सिद्धांत रूप में, डिवाइस परिणामी ऊर्जा प्राप्त करेगा, और फिर रूपांतरण और / या बढ़ावा देगा, और अंत में इसे सीधे सिस्टम या रिचार्जेबल ऊर्जा भंडारण डिवाइस को आपूर्ति करेगा। कुछ डिज़ाइन एक प्रकार के ऊर्जा भंडारण उपकरण जैसे सुपरकैपेसिटर या लिथियम आयन बटन को समर्पित किए जा सकते हैं। ऐसे अन्य डिज़ाइन भी हैं जो कई ऊर्जा भंडारण उपकरणों का समर्थन करते हैं। इसी तरह, कुछ डिज़ाइन ऊर्जा संग्रह के रूप में समर्पित हो सकते हैं, और ऐसे अन्य डिज़ाइन हैं जो ऊर्जा के कई रूपों का समर्थन करते हैं।
नोट करने के लिए एक फोकस विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक स्टार्टअप वोल्टेज है। कुछ अनुप्रयोगों को 20 एमवी तक शुरू किया जाता है, लेकिन कार्यक्षमता सीमित हो सकती है, और पर्याप्त बिजली प्रबंधन प्रदान करने के लिए अतिरिक्त पूरक घटकों की आवश्यकता होती है। उच्च एकीकरण वाले घटकों का आकार छोटा हो सकता है, और समग्र स्थिर धारा कम होती है, लेकिन भंडारण ऊर्जा के निम्नतम स्तर पर इसे अधिक निर्भर बनाने के लिए एक उच्च प्रारंभ वोल्टेज की आवश्यकता हो सकती है। कुछ डिवाइस बहुत लक्षित होते हैं, जो अल्ट्रा-लो पावर सेंसर नोड्स को समर्पित होते हैं। अन्य उपकरण माइक्रोकंट्रोलर उपकरण के आधार पर आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उच्च इनपुट वोल्टेज स्तरों का समर्थन करेंगे, लेकिन ऊर्जा संग्रह अनुप्रयोगों के लिए, ये सूक्ष्म उपकरण स्वयं बहुत कम हैं।
यह महत्वपूर्ण है कि बिजली प्रबंधन आईसी को आंतरायिक शक्ति और एकत्रित ऊर्जा (अक्सर अस्थिर, और अक्सर राशि एकत्र करने) को संभालने के लिए पर्याप्त लचीला होना चाहिए। सिस्टम डिजाइन में इस पर विचार किया जाना चाहिए, यानी पर्याप्त ऊर्जा भंडारण क्षमता, जरूरत पड़ने पर निरंतर बिजली प्रदान करना संभव है। यह काफी हद तक सेंसर की रीड फ़्रीक्वेंसी, और डेटा की ट्रांसमिशन मात्रा और ट्रांसमिशन फ़्रीक्वेंसी पर निर्भर करता है।
उच्च एकीकरण टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स ऊर्जा संग्रह अनुप्रयोगों के लिए विभिन्न प्रकार के अल्ट्रा लो पावर माइक्रो डिवाइस प्रदान करता है, जिसमें बिजली प्रबंधन आईसी, वायरलेस कनेक्शन और माइक्रोकंट्रोलर शामिल हैं। कंपनी का नवीनतम BQ25570 एक फेमटो पावर प्रबंधन समाधान का एक उच्च एकीकृत ऊर्जा संग्रह है। यह ऊर्जा संग्रह तकनीकों के साथ सभी मानकों और बिजली प्रतिबंधित अनुप्रयोगों के लिए सभी मानकों को पूरा करता है।
डिवाइस कॉम्पैक्ट है, 3.5 लीड के 3.5 x 20 मिमी क्यूएफएन पैकेज का उपयोग करके, अल्ट्रा-लो पावर स्टेटिक करंट 488 एनए (विशिष्ट मूल्य) है, और परिवहन मोड है। 1881.5 ना. इसके अलावा, एक BQ25570EVM मूल्यांकन मॉड्यूल भी है। विस्तृत उत्पादों और एप्लिकेशन जानकारी के लिए, कृपया उपकरण विनिर्देश और मूल्यांकन बोर्ड उपयोगकर्ता मार्गदर्शिका देखें।
डिवाइस को अभी भी एक बाहरी संधारित्र और रोकनेवाला की आवश्यकता है, लेकिन उच्च एकीकरण के कारण, यह अतिरिक्त उपकरणों की आवश्यकता को कम कर सकता है। उपकरण कठोर शक्ति और परिचालन आवश्यकताओं के साथ वायरलेस सेंसर नेटवर्क के लिए आदर्श है, उच्च ऊर्जा पल्स फ़्रीक्वेंसी मॉड्यूलेशन (पीएफएम) बूस्ट चार्जर और फेमटो पावर हिरन कनवर्टर समाधानों को लागू करता है। नीचे चित्र 2 देखें: उपकरण का उपयोग फोटोवोल्टिक (सौर), थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (टीईजी), और एसी / डीसी रेक्टिफायर और पीजोइलेक्ट्रिक जनरेटर सहित विभिन्न उच्च प्रतिबाधा ऊर्जा के संयोजन के साथ किया जा सकता है। कोल्ड स्टार्ट स्टेट से, डिवाइस का DC / DC बूस्ट कन्वर्टर / चार्जर न्यूनतम वोल्टेज 330 mV है। इसकी परिकल्पना इस पर आधारित है: इनपुट बिजली की आपूर्ति कम से कम 5 μW (विशिष्ट) प्रदान करती है, और लोड कनवर्टर आउटपुट 1 μA से कम लीकेज करंट (स्टोरेज एलिमेंट लीकेज करंट सहित) है। हालाँकि, बूस्ट कन्वर्टर आउटपुट वोल्टेज चलने के बाद 1.8 V तक पहुँच जाता है, और डिवाइस के लिए आवश्यक 100 MV वोल्टेज ऊर्जा संग्रह स्रोत से प्राप्त किया जा सकता है।
हिरन कनवर्टर पहले इनपुट पावर प्राप्त करने के लिए बूस्ट कनवर्टर आउटपुट से प्राप्त किया जाता है, और फिर एक स्टेप-डाउन प्रक्रिया करता है, और अंत में आउटपुट पिन के लिए समायोजन वोल्टेज प्रदान करता है। हिरन कनवर्टर वोल्टेज को समायोजित करने के लिए पीएफएम नियंत्रण का उपयोग करता है ताकि इसे उपयोगकर्ता प्रोग्रामयोग्य प्रतिरोधी वोल्टेज विभक्त द्वारा निर्धारित मूल्य के करीब सक्षम किया जा सके। प्रारंभ करनेवाला के माध्यम से करंट को आंतरिक करंट डिटेक्शन सर्किट द्वारा नियंत्रित किया जाता है। डिलीवरी मोड के समय से, समय लगभग 100 एमएस है, स्टैंडबाय मोड से तेजी से शुरू होता है, लेकिन यह आउटपुट कैपेसिटर के आकार पर निर्भर करता है।
BQ25570 का उपयोग विभिन्न प्रकार के भंडारण उपकरणों के साथ किया जा सकता है, जिसमें कैपेसिटर, सुपरकैपेसिटर, लिथियम आयन बैटरी और अन्य रासायनिक बैटरी शामिल हैं। जब सिस्टम कम पावर या स्लीप मोड में होता है, तो संग्राहक भंडारण तत्व को चार्ज करने के लिए पर्याप्त विद्युत ऊर्जा प्रदान करेगा। जब ऊर्जा संग्राहक काम नहीं कर रहा हो, तो बैटरी या संधारित्र में पूरे सिस्टम लोड को बिजली देने के लिए पर्याप्त शक्ति होनी चाहिए। पीएफएम स्विचिंग चार्जर के पल्स करंट को फिल्टर करने के लिए एक समकक्ष कैपेसिटर 100 μF स्टोरेज एलिमेंट की आवश्यकता होती है।
TI के उपयोगकर्ता गाइड के अनुसार, बैटरी और सुपरकैपेसिटर के बीच मुख्य अंतर यह है कि बैटरी में कुछ हैं, और एक निश्चित मात्रा में वोल्टेज से भी कम है, और एक सुपरकैपेसिटर है। सिस्टम डिजाइनरों को यह ध्यान देने की आवश्यकता है कि एक महत्वपूर्ण लीकेज करंट है, जो बूस्ट कन्वर्टर आउटपुट पर डीसी लोड के बराबर है।
अधिकतम पावर प्वाइंट ट्रैकिंग (एमपीपीटी) फोटोवोल्टिक सेल (70 से 80%) और टीईजी (50%) की सबसे शक्तिशाली ऊर्जा और प्रबंधन को संदर्भित करता है। अन्य कार्यों में बैटरी चालित उपकरण उच्च ऊर्जा दक्षता प्रबंधन में शामिल हैं: बैटरी ओवरवॉल्टेज और अंडरवॉल्टेज संरक्षण, रिचार्जेबल लिथियम आयन बैटरी का स्वचालित थर्मल शटडाउन। बैटरी की स्थिति की सटीक निगरानी एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता है। यदि सिस्टम एक अंडरवॉल्टेज स्थिति में प्रवेश कर सकता है, तो लोड करंट ड्रॉप फ़ंक्शन को ट्रिगर करना भी आवश्यक है।
वैकल्पिक उपकरण और पूरक उपकरण Ti द्वारा शुरू किए गए BQ25504 और BQ25505 फ़ंक्शन समान हैं, लेकिन मौन धारा 325 NA से कम है। दोनों डिवाइस एक स्वायत्त शक्ति बहुउद्देश्यीय मल्टीप्लेक्सर गेट ड्राइवर से लैस हैं, एक बार शुरू होने पर, सिस्टम को ऊर्जा संग्रह स्रोतों और प्राथमिक बैटरी से ऊर्जा प्राप्त करने की इजाजत देता है, यह सुनिश्चित करता है कि कलेक्टर उपलब्ध नहीं होने पर भी निरंतर बिजली प्रदान की जाती है। भी ठीक से काम करते हैं। अल्ट्रा-लो स्टैटिक करंट बहुत महत्वपूर्ण होता है जब सिस्टम बंद करने में असमर्थ होता है, ताकि बैटरी लाइफ को बढ़ाया जा सके।
यदि आकार और वजन समस्या है, तो TI BQ25100 की सिफारिश करता है, जो कम शक्ति वाला एक रैखिक बैटरी चार्जर है, विशेष रूप से एकल लिथियम आयन बटन के लिए उपयुक्त है। डिवाइस 0.9 x 1.6 मिमी डब्ल्यूसीएसपी द्वारा समझाया गया है, 30 वी इनपुट वोल्टेज का समर्थन करता है, जिससे फास्ट चार्जिंग करंट को 10 एमए से 250 एमए के भीतर सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है।
पूरक उपकरण TPS82740A और TPS8274B हिरन कनवर्टर मॉड्यूल 200 mA आउटपुट करंट का समर्थन करते हैं, रूपांतरण दक्षता 95% जितनी अधिक है, खपत की गई मौन धारा केवल 360 NA है, और 70 NA 70 NA है। 6.7 मिमी 2 पैकेज में एक स्विचिंग नियामक, एक प्रारंभ करनेवाला और एक I / O संधारित्र होता है। सभी आवश्यक निष्क्रिय उपकरणों को एकीकृत करके, डिवाइस की मात्रा समान असतत समाधान से 75% कम है। TPS82740A एक अल्ट्रा-लो वोल्टेज एप्लिकेशन है, और TPS8274B में "DCS कंट्रोल" फीचर है, जो कि बिजली प्रबंधन के लिए उपयुक्त है, जैसे कि Ti, उदाहरण के लिए, Ti। एमएसपी 430 श्रृंखला।
निष्कर्ष में ऊर्जा संग्रह प्रौद्योगिकी के एक पोर्टेबल अनुप्रयोग का चयन करने के लिए, उपयुक्त बिजली प्रबंधन आईसी का चयन करने के लिए, आपको सिस्टम की बिजली आवश्यकताओं, ऊर्जा उत्पादन क्षमता और ऊर्जा भंडारण क्षमता पर सावधानीपूर्वक विचार करने की आवश्यकता है। पावर रेंज के निचले सिरे पर (जैसे वायरलेस सेंसर नोड्स), या यदि टीईजी द्वारा उत्पन्न ऊर्जा बहुत छोटी है, तो डिवाइस का चयन अधिक सीमित है। यदि छोटे आकार और हल्के वजन सबसे अच्छी प्राथमिकता हैं, तो एक उच्च एकीकरण का चयन करें, जैसे कि इस लेख में से कई, शायद सबसे अच्छा समाधान।
हमारे अन्य उत्पाद:
