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日记

TI:新一代能量收集技巧 开启微能量的逆袭

张静  发布于:2013-11-29

——德州仪器(TI)电池管理市场及应用经理文司华师长教员访谈


      2013年11月21日,全球抢先的半导体厂商德州仪器(TI)在北京隆重举办了关于可高效提取和管理从光源、热源或机械动力收集的微瓦 (uW) 至毫瓦 (mW) 级能量的最新一代电源管理集成电路的新品发布会。该类电源管理集成芯片的成功发布,标记住微能量搜集技巧的严重年夜冲破,也预示着“无电池”、“半永久续航”研究向完成和普及又迈进了一大年夜步。
       中国主动化网(ca800.com)作为中国工业控制及主动化范畴的抢先媒体,也应邀列席了此次极端重要的新品发布会。

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看好微能量收集市场 五款重量级新品齐发
      据美国Innovative Research and Products (iRAP)公司的查询拜访显示,从2009年开端,微能量搜集市场一向保持每年73%的高增长率,估计到2014年,全部微型能量搜集的市场范围将达到12.54亿美元。
      面对如此广阔的市场,TI此次一下推出了 bq25570、bq25505、TPS62740、TPS62737 与 TPS62736 一共5五款可高效提取和管理从光源、热源或机械动力收集的微瓦 (uW) 至毫瓦 (mW) 级电源的最新一代电源管理集成电路。他们可支撑业界最低任务静态电流,可为无线传感器搜集、监控体系、可穿着式医疗设备、移动附件等难以取得供电的应用完成无电池任务。
      这五款芯片各有各的优势:个中,bq25570 可支撑最大年夜功率点跟踪 (MPPT),可从光伏电池和热电产生器提取和管理电源,支撑任何动力存储元件,例如可充电式锂离子电池、薄膜电池、超等电容器或惯例电容器等。在经久存储时代,bq25570 供电可经过过程“保送形式 (ship mode)”特点禁用,使其流耗缺乏 5 nA。而bq25505 采取独特的主动功率多路复用器栅极驱动器,可经过过程能量收集电源与原电池完成无缝体系任务,在能量收集器不供给电能时,也能供给恒定电源,从而满足体系任务须要。并且,bq25505可以完成330mV的冷启动。TPS62740是TI 针对 300mA 输入电流设计筹划推出了最小、最低功耗的降压转换器。TPS62740 的集成型负载开关还可为 LED 或传感器等临时应用组件节俭电源。和针对200mA 设计筹划的最新 TPS62737 转换器和针对 50mA 设计筹划的 TPS62736。
      TI 正在经过过程创新产品以最高效力及最低功耗从情况源提取和管理动力,将低功耗设计推向新高。

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挑衅nA级 超低静态电流
      现实上,微能量收集其实不是一个全新的概念,它之所以一向没有被真实的广泛应用的最大年夜缘由是其能量收集端所能搜集到的能量与其实际可以或许推动的能量消费端所消费的能量之间一向处于不均衡的状况,简单点说也就是之前的技巧收集的能量不敷用。
      今朝,微能量主如果指:太阳能10-10000μW/c㎡;热能25-1000μW/c㎡;振动50-250μW/c㎡;RF 0.01-0.1μW/c㎡,如此微弱的能量,对能量搜集技巧提出了极大年夜的挑衅。德州仪器(TI)电池管理市场及应用经理文司华师长教员表示:“普通的DC/DC转换器输入电压最少也是几伏,输入电流也得是1A。关于输入电流在50mA以下、输入电压在1.8V以下的就很难搜集,并且,也很难找到与之婚配的搜集芯片了。但是,微能量收集时,其输入电压平日缺乏1V、输入电流仅是mA级或μA级的,这无疑对能量搜集芯片的设计提出了一个巨大年夜的挑衅——即芯片的IQ自耗电电流必须要异常小。”浅显的芯片中,DC/DC转换时,1—10mA自功耗是罕见的,在Standby的情况下几十个μA到100μA,在关机情况下1—2个μA都算是做得不错的,但,这对微能量收集来讲是远远不敷的。文司华师长教员表示:“微能量收集的时辰,借使功耗电流就1μA,而出去的电流在能达到2μA的情况下,能效挺多才50%,但如许收集到的能量肯定是不敷给末尾的产品供电。面对这个挑衅TI做了包含拓扑构造和芯片设计等多方面的研究,成功的处理了该困难,其本次推出的 bq25570 升压充电器静态流耗极低,仅为488 毫微安 (nA);而bq25505 升压充电器任务静态电流更是低至 325nA 。”

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关键在于效力  10μA效力90%
      微能量收集与应用处理了本身低功耗的成绩,其实不是处理了一切。想要将搜集到的微能量真正排上用处,则必须大年夜幅的进步效力。平日一个DC/DC 转换器轻载的情况下效力都比较低,10mA的情况下普通也就50%、60%的效力,只要在重载或常载的情况下,比如300、500mA才会出现80%或90%的效力,这关于微能量收集应用是弗成行的,要想真正可应用,则必须大年夜幅进步低电流下的效力。而TI此次推出的微能量收集芯片最令人欣喜的也正是其能“实如今10μA下支撑逾越90%的效力”的这一点。
      为了更好的展示芯片的该优势,则文司华师长教员经过过程芯片的效力曲线图做了详细的解释。经过过程曲线图,可以看出在收集多串电池太阳能时,1.4V、1.6V或许2V的输入电压可以完成90%的效力;而在收集单电池太阳能时,0.6、0.8V的输入电压下也能够完成80%以上的后果。哪怕是在收集短时间间隔的TEG时,0.2V或0.15V的输入电压下也可完成60%-70%的任务效力。与平日的输入电压小于2.5V效力就远远低于50%构成了鲜明的比较。

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应用前景无穷大年夜 微能量的逆袭
    随着科技与时代的生长,人们关于“无电池”、“半永久续航”的需求愈来愈急切,优良的微能量收集处理筹划将有着巨大年夜的生长前景。
      文司华师长教员表示:“微能量搜集在欧洲曾经有了一些成功的应用。比如:欧洲一些百货公司曾经开端应用可收集日光灯照射能量的电子标签来代替纸质标签,该类电子标签的能量补给重要依附商场中的日光灯,可长时间显示、功耗低,并可经过过程长途停止智能的信息更新,该筹划曾经在欧洲量产,它不只节能环保,并且,有效包管了信息的同一和精确性。”
      异样,在长途安然监控方面的一样有着巨大年夜的应用前景,比如桥梁的安然监控,如今对桥梁停止及时监控的方法之一就是将传感器安顿在桥梁上,在桥梁上布电源线是异常不便利的,传感器必须选用无线的,按照如今的方法只能在传感器外部放一颗电池,当电池电量耗完后,必须有人到桥梁改换电池,但,很多时辰,桥梁上改换电池是很难完成。类似这类情况,只要经过过程微能量收集处理筹划才能为完生长途监控的“半永久”化。
     除上述所举的例子,智能家具、可穿着设备、医疗植入设备、长途监控传感器等任何用到电池的处所,都可以推敲用TI的微能量收集处理筹划来调换掉落传统动力。


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