Компактные системы сбора энергии могут стать прекрасной основой для создания вспомогательных источников питания малопотребляющего электронного оборудования, например, носимых устройств, беспроводных узлов Интернета вещей или датчиков местоположения движущихся объектов. Привлекательность фотоэлементов в качестве источников питания обусловлена их надежностью, долговечностью, отсутствием движущихся частей и легкой интеграцией практически в любое устройство. Однако на практике сбор световой энергии из окружающей среды устройствами, находящимися в постоянном движении, обычно сопряжен с рядом трудностей, в основном связанных с ограниченным доступом к источникам света, из-за чего фотоэлементы не могут работать с максимальной эффективностью.
Одним из возможных вариантов решения этой проблемы является использование специализированных контроллеров с функцией отслеживания точки максимальной мощности (Maximum Power Point Tracking, MPPT), например, микросхемы MAX20361 производства Maxim Integrated (Рисунок 1). При таком подходе одно- или многоэлементные фотоэлектрические ячейки можно использовать с максимально возможной эффективностью, поэтому они смогут стать дополнительным источником энергии и ощутимо продлить время автономной работы устройств с батарейным питанием.
 |
||
| Рисунок 1. | Система сбора световой энергии на основе MAX20361. | |
Согласно информации, предоставленной Maxim, систему сбора энергии на основе MAX20361 можно разместить в объеме, не превышающем половины объема, занимающего конкурирующими решениями других производителей. Достижение столь высокого уровня удельной мощности стало возможным как за счет уменьшения общего количества компонентов, так и благодаря использованию радиоэлементов меньшего размера. Например, в качестве накопителя повышающего преобразователя можно использовать дроссель с минимальной индуктивностью 4.7 мкГн, размеры которого могут составлять всего 2 × 1.6 × 1.2 мм.
Однако наибольшая выгода от использования MAX20361 заключается в большем количестве собранной энергии. Использование адаптивного алгоритма MPPT позволяет увеличить этот параметр не менее чем на 5% по сравнению с ближайшим конкурирующим аналогом. Столь высокая эффективность достигается за счет периодического анализа и оптимизации работы системы по критерию максимума выходной мощности, при определении которой используются значения уникального счетчика количества циклов повышающего преобразователя (Harvest Counter), пропорциональные выходному току системы. Это позволяет отбирать энергию у фотоэлементов с КПД до 86% в диапазоне мощностей от 15 мкВт до 300 мВт (и выше) и питать основную схему током до 30 мА при напряжении 3.8 В.
Ключевым узлом системы сбора энергии на основе MAX20361 является повышающий преобразователь с ультранизким током собственного потребления (360 нА), способный работать при входном напряжении, начиная от 225 мВ. Его максимальное выходное напряжение и порог появления сигнала WAKE, пробуждающего остальную систему, являются программируемыми и при необходимости могут быть установлены пользователем через интерфейс I2C.
Наибольшее количество энергии из окружающей среды можно получить при согласовании параметров источника электрической энергии, в данном случае – фотоэлемента, и ее накопителя. Микросхема MAX20361 оптимизирована для работы с литий-ионными аккумуляторами, поэтому она имеет встроенные узлы для их заряда и защиты. Однако благодаря возможности программировать через I2C пороги отключения зарядного устройства при перенапряжении и перегреве ячеек, этот контроллер можно использовать как с аккумуляторами других типов, так и совместно с ионисторами и «традиционными» электролитическими конденсаторами.
Изучить все тонкости работы этой микросхемы можно с помощью подробной 32-страничной документации, в которой приведены все технические характеристики, структурная схема, назначение выводов, описание функций, а также десятки графиков, иллюстрирующих работу системы в различных режимах. MAX20361 выпускаются в 12-выводных корпусах WLP с размерами 1.63 × 1.23 мм и шагом выводов 0.4 мм. Стоимость одной микросхемы на сайте производителя равна $23.64 при условии заказа не менее 1000 приборов.
Для определения возможностей этой микросхемы можно приобрести оценочную плату MAX20361EVKIT (Рисунок 2) стоимостью $57, позволяющую за минимальное время создать и запустить тестовую установку для сбора световой энергии. При использовании MAX20361EVKIT настройку системы можно осуществить с помощью специализированного программного обеспечения, поставляемого в комплекте набора. Для настройки платы ее необходимо подключить к компьютеру с помощью адаптера USB2PMB2, обеспечивающего согласование интерфейсов I2C и USB.
 |
||
| Рисунок 2. | Внешний вид оценочной платы MAX20361EVKIT. | |
Кроме микросхемы MAX20361, на печатной плате оценочного комплекта установлены встроенный регулируемый источник тока, фотоэлемент из монокристаллического кремния, ионистор, нагрузочный резистор, а также датчик выходного тока. Принципиальная схема, разводка всех четырех слоев печатной платы с указанием места расположения компонентов, список радиоэлементов, а также подробное описание и инструкции по использованию входят в состав технической документации, поставляемой вместе с платой.
Купить MAX20361 на РадиоЛоцман.Цены
