设计汽车转换器时，尺寸、成本和可靠性是关键因素。为了满足这些标准，最简单的双向拓扑；选择同步降压/反向升压转换器。最大限度地提高能源效率也至关重要，在...
便携式设备的电源管理电路
接线图
2024年01月26日 10:52 240
admin
根据物理定律，系统的总能量是守恒的，并且有可能从一种形式转变为另一种形式。一个典型的例子是两个台球碰撞时产生的“充满活力的声音”以及接触点产生的热量。在这种情况下，声音是由周围空气分子的振动产生的过程；这种振动在数学上可以用波来表达，但对于人耳来说，它表现为一种声音，其强度与冲击力有关。因此，能量可以从一种形式转换为另一种形式。
可以从不同的环境能源中获取电力。
热能。我们周围的环境中到处都存在温度和热流的差异。典型的例子是汽车发动机的废热、地下的地热、钢铁厂或其他工业过程中冷却水的热量。可以通过使用热电发电机和一些电路将热能转换成电能，以将电能转换并保存到存储设备中。基本原理是热电发电机（TEG）将热通量（温差）转化为电能。它们没有移动部件，尺寸通常非常小，非常适合低功耗嵌入式设备。
射频 (RF) 能量。如今，它引起了无线传感器网络电源的广泛关注。通过无线配电系统，可以拥有一个专用基础设施，能够通过单个传输源为由数百或数千个节点组成的整个网络供电。
可以使用射频能量采集器将射频能量转换为电能。这些采集器将射频能量转换为电能。如今，我们周围都有 GSM、LTE、Wi-Fi、无线电波等产生的射频能量。所有这些信号都存在于任何商业、住宅和工业区域。
这些技术研发的真正挑战是恢复公共电信服务（例如电视和无线电广播或移动通信）传输的电力。
对于热能收集项目，我们将使用 BQ25570 IC，它可以从热电发电机中提取微瓦到毫瓦的能量。它还具有电源管理系统，可通过使用双电路来提高电压，同时防止电池过度充电或爆炸。
对于射频采集，我们将使用P2110 IC及其射频天线和前端。它在 902-928 Mhz 的频段进行了微调。它也可以在其他频段运行，但效率较低。该频段的中心频率为2G，它存在于我们周围的生命世界的任何地方，它使我们能够在地球的每个地方收集能量。
通过结合这些传感器，我们可以利用这些能量为小工具或低功耗可穿戴设备自供电。这样，我们就不需要在一段时间后给它充电了。该项目可以与超级电容器结合使用，实现全面的超低功耗管理。
RF 和热采集电路的集成框图如图1所示。 便携式设备的电源管理电路
该项目中使用的组件如下。
1 × TG.22.0222（射频天线 850 MHz/900 MHz WHIP RA）
1 × TG12-2.5-01LS（TEM 发生器 30 × 30 × 3.94 毫米）
1×BQ25570 集成电路
1 个 P2110 芯片
该项目的电路如图2所示。 便携式设备的电源管理电路
当热电发电机的极板之间有足够的温差以在其端子上产生电压时，该过程开始。BQ25570 将提取功率，根据温差从微瓦到毫瓦不等。然后集成升压转换器将以 93% 的效率将电压升压至 3.3V。
此外，P2110 射频采集器将射频能量转换为电能。该射频功率将进入天线，然后通过其集成阻抗匹配电路转换为直流源。当设备使用的电流小于采集器电路产生的电流时，在输出端添加一个电容器来存储电力。然后两种权力将合并，以便它们可以同时运作。即使其中一个采集源较弱，另一个采集源也会继续提供电力，系统继续运行。
硬件设计的重要细节
出于能量收集的目的，有两种选择：使用电容器来存储输入功率或使用电池来存储电荷。我们在这个项目中使用了一个电容器。
以下是选择电容器的一些准则：
选择低 ESR（小于 200 mΩ）的电容器。
1.2V 时漏电流必须小于 1μA。
大电容充电缓慢，但可以存储大量电流；小电容器充电速度非常快，会增加启动时间。根据应用，可以使用以下公式更改电容器的值：C = 15 × Vout × Iout × Ton
在哪里：
Vout = P2110 的输出电压
Ton = IC 开启时间
Iout = P2110 的平均输出电流
IC 的射频输入引脚可容纳任何标准天线。在该项目中，使用了 50Ω 天线，这对于大多数 RF 设备来说很常见，用于阻抗匹配。P2110 可以连接多种类型的天线。直流短路的天线必须有一个与天线串联的隔直电容器。
由于 RF 非常容易受到噪声和 EMI 干扰，因此在设计 PCB 时需要格外小心。最重要的是走线天线的阻抗匹配。由于该天线是我们的电源，因此阻抗匹配得越多，射频侧采集器电路的效率就越高。RF 走线必须严格为 50 Ω，且长度必须尽可能短。
应使用过孔将 GND 引脚连接至电路板接地。所有电阻和电容必须尽可能靠近 IC。
RF 采集器和热采集器 IC 均使用具有高峰值电流和高开关频率的开关电源。PCB 布局需要特别小心，否则系统可能会出现 EMI 和稳定性问题。
高电流走线应采用短而宽的 PCB 走线。从地面返回的路径应尽可能短。旁路电容和存储电容应尽可能靠近 IC 焊盘。尽量不要在电容器路径中使用任何过孔。这些电容器在极端负载条件下为系统提供了很大的稳定性。
为了存储从热收集器收集的能量，我们将添加一个电容器。当采集器不再采集电力时，该电容器足够大，可以为设备提供电力。
两台收割机的输出功率将合并。这样，可以提高总功率输出，并且可以最大限度地利用两种类型的环境能量。在任何情况下，如果热能不够，设备将从射频采集器获取电力；或者如果射频功率较弱，热能将持续提供能量。在其他情况下，如果两个电源均不可用，两个采集器的存储电容器将使系统保持开启状态，但时间有限。热收集器的好处是它可以用于产生热量并偶尔使用散热器散热的系统。这种热收集解决方案非常适合这些情况，因为您不需要使用散热器，并且热量将被转换回系统，
越来越高效的设备的出现可以为充分利用能量收集的新解决方案铺平道路。
可以从不同的环境能源中获取电力。
热能。我们周围的环境中到处都存在温度和热流的差异。典型的例子是汽车发动机的废热、地下的地热、钢铁厂或其他工业过程中冷却水的热量。可以通过使用热电发电机和一些电路将热能转换成电能，以将电能转换并保存到存储设备中。基本原理是热电发电机（TEG）将热通量（温差）转化为电能。它们没有移动部件，尺寸通常非常小，非常适合低功耗嵌入式设备。
射频 (RF) 能量。如今，它引起了无线传感器网络电源的广泛关注。通过无线配电系统，可以拥有一个专用基础设施，能够通过单个传输源为由数百或数千个节点组成的整个网络供电。
可以使用射频能量采集器将射频能量转换为电能。这些采集器将射频能量转换为电能。如今，我们周围都有 GSM、LTE、Wi-Fi、无线电波等产生的射频能量。所有这些信号都存在于任何商业、住宅和工业区域。
这些技术研发的真正挑战是恢复公共电信服务（例如电视和无线电广播或移动通信）传输的电力。
对于热能收集项目，我们将使用 BQ25570 IC，它可以从热电发电机中提取微瓦到毫瓦的能量。它还具有电源管理系统，可通过使用双电路来提高电压，同时防止电池过度充电或爆炸。
对于射频采集，我们将使用P2110 IC及其射频天线和前端。它在 902-928 Mhz 的频段进行了微调。它也可以在其他频段运行，但效率较低。该频段的中心频率为2G，它存在于我们周围的生命世界的任何地方，它使我们能够在地球的每个地方收集能量。
通过结合这些传感器，我们可以利用这些能量为小工具或低功耗可穿戴设备自供电。这样，我们就不需要在一段时间后给它充电了。该项目可以与超级电容器结合使用，实现全面的超低功耗管理。
RF 和热采集电路的集成框图如图1所示。 便携式设备的电源管理电路
该项目中使用的组件如下。
1 × TG.22.0222（射频天线 850 MHz/900 MHz WHIP RA）
1 × TG12-2.5-01LS（TEM 发生器 30 × 30 × 3.94 毫米）
1×BQ25570 集成电路
1 个 P2110 芯片
该项目的电路如图2所示。 便携式设备的电源管理电路
当热电发电机的极板之间有足够的温差以在其端子上产生电压时，该过程开始。BQ25570 将提取功率，根据温差从微瓦到毫瓦不等。然后集成升压转换器将以 93% 的效率将电压升压至 3.3V。
此外，P2110 射频采集器将射频能量转换为电能。该射频功率将进入天线，然后通过其集成阻抗匹配电路转换为直流源。当设备使用的电流小于采集器电路产生的电流时，在输出端添加一个电容器来存储电力。然后两种权力将合并，以便它们可以同时运作。即使其中一个采集源较弱，另一个采集源也会继续提供电力，系统继续运行。
硬件设计的重要细节
出于能量收集的目的，有两种选择：使用电容器来存储输入功率或使用电池来存储电荷。我们在这个项目中使用了一个电容器。
以下是选择电容器的一些准则：
选择低 ESR（小于 200 mΩ）的电容器。
1.2V 时漏电流必须小于 1μA。
大电容充电缓慢，但可以存储大量电流；小电容器充电速度非常快，会增加启动时间。根据应用，可以使用以下公式更改电容器的值：C = 15 × Vout × Iout × Ton
在哪里：
Vout = P2110 的输出电压
Ton = IC 开启时间
Iout = P2110 的平均输出电流
IC 的射频输入引脚可容纳任何标准天线。在该项目中，使用了 50Ω 天线，这对于大多数 RF 设备来说很常见，用于阻抗匹配。P2110 可以连接多种类型的天线。直流短路的天线必须有一个与天线串联的隔直电容器。
由于 RF 非常容易受到噪声和 EMI 干扰，因此在设计 PCB 时需要格外小心。最重要的是走线天线的阻抗匹配。由于该天线是我们的电源，因此阻抗匹配得越多，射频侧采集器电路的效率就越高。RF 走线必须严格为 50 Ω，且长度必须尽可能短。
应使用过孔将 GND 引脚连接至电路板接地。所有电阻和电容必须尽可能靠近 IC。
RF 采集器和热采集器 IC 均使用具有高峰值电流和高开关频率的开关电源。PCB 布局需要特别小心，否则系统可能会出现 EMI 和稳定性问题。
高电流走线应采用短而宽的 PCB 走线。从地面返回的路径应尽可能短。旁路电容和存储电容应尽可能靠近 IC 焊盘。尽量不要在电容器路径中使用任何过孔。这些电容器在极端负载条件下为系统提供了很大的稳定性。
为了存储从热收集器收集的能量，我们将添加一个电容器。当采集器不再采集电力时，该电容器足够大，可以为设备提供电力。
两台收割机的输出功率将合并。这样，可以提高总功率输出，并且可以最大限度地利用两种类型的环境能量。在任何情况下，如果热能不够，设备将从射频采集器获取电力；或者如果射频功率较弱，热能将持续提供能量。在其他情况下，如果两个电源均不可用，两个采集器的存储电容器将使系统保持开启状态，但时间有限。热收集器的好处是它可以用于产生热量并偶尔使用散热器散热的系统。这种热收集解决方案非常适合这些情况，因为您不需要使用散热器，并且热量将被转换回系统，
越来越高效的设备的出现可以为充分利用能量收集的新解决方案铺平道路。
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