如何使用能量采集的高可靠性工業(yè)控制環(huán)境

本文著(zhù)眼于利用能量采集源動(dòng)力在工業(yè)自動(dòng)化節點(diǎn)，其中高可靠性是關(guān)鍵的設計挑戰。它探討如何能源如結合溫度和振動(dòng)與電池系統和無(wú)線(xiàn)鏈路，以確保傳感器節點(diǎn)可以放置在完全正確的位置，并具有最高可能的可靠性。

能量收集技術(shù)可以用于增強工業(yè)系統的可靠性和可用性。能夠定位傳感器節點(diǎn)在需要它們不管電源或通信鏈路的可提供更高質(zhì)量的數據的地方。這反過(guò)來(lái)可以提供趨勢數據標識發(fā)生并允許預防性維護或故障發(fā)生前帶來(lái)的流替代設備之前，他們的問(wèn)題，如卡爾曼算法的技術(shù)。

這些能量收集技術(shù)克服了簡(jiǎn)單的電池供電的傳感器節點(diǎn)所面臨的挑戰。隨著(zhù)成千上萬(wàn)節點(diǎn)跨越工廠(chǎng)地板，維護和更換電池可以是一個(gè)昂貴和費時(shí)的工作。然而，能量收集被視為可顯著(zhù)變化，因此往往不考慮這樣的應用不可靠的來(lái)源。結合的能量采集源，如振動(dòng)，熱或用太陽(yáng)能充電電池帶來(lái)了兩全其美。獨立的傳感器節點(diǎn)可以容易地放置在難以到達的地方，并且可再充電電池系統可以持續數千個(gè)周期，顯著(zhù)地延長(cháng)了節點(diǎn)的壽命。

然而，這種組合需要一類(lèi)新的電源管理設備，可以從一個(gè)不規則的，低電流源提供可靠的電力。這些器件采用降壓 - 升壓架構來(lái)專(zhuān)門(mén)管理從源動(dòng)力

從收獲的振動(dòng)能量，與如丙烯酰胺的Volture V25W設備，是權力在工廠(chǎng)自動(dòng)化的重要來(lái)源。 。

美迪Volture V25W壓電振動(dòng)能量生成的圖像

圖1：從MIDE的Volture V25W壓電振動(dòng)能量發(fā)生器。

這是被設計為在惡劣環(huán)境中使用一個(gè)密封的壓電器件。它可以作為一個(gè)傳感器，但它也可以直接與電源管理芯片和薄膜電池集成以提供一個(gè)可靠的電源。它是在由攻電機的振動(dòng)供電的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，以及無(wú)線(xiàn)高壓空調傳感器在工業(yè)自動(dòng)化設置傳感器節點(diǎn)的具體目標。能夠監視暖通的狀態(tài)是重要的，以確保在工廠(chǎng)車(chē)間的溫度被嚴格控制的可靠性。

該傳感器被安裝在振動(dòng)源并調諧到源的諧振頻率。常以占優(yōu)勢的頻率是與一個(gè)120赫的交流電機或60赫茲器具以使調諧容易顯而易見(jiàn)的，但大多數的應用將需要某種形式的振動(dòng)表征的，以確保源工作在諧振頻率。

然后將V25W可以連接到一個(gè)電力管理裝置如Maxim的MAX17710。這是為充電和保護微存儲單元從能量收集來(lái)源的完整的系統。它管理監管不力與輸出電平范圍從1固件系統100毫瓦來(lái)源。該器件還包括電池從低至0.75 V(典型值)源充電升壓穩壓電路。

內部調節保護細胞免受過(guò)充電，供給到目標應用程序的輸出電壓是使用低壓差(LDO)與3.3伏的電壓可選擇線(xiàn)性穩壓器，2.3伏，或1.8 V.輸出調節器以可選擇的調節低功率或超低功率模式，以盡量減少細胞的漏極。內部電壓保護可防止電池過(guò)度放電。

Maxim的MAX17710的圖

圖2：MAX17710特別調諧到能量采集源的功率。

太陽(yáng)能電池為電源的工廠(chǎng)車(chē)間的可能來(lái)源甚至在室內。從飛索的MB39C831是一個(gè)高效率的同步整流升壓DC / DC變換器，它有效地提供能量從與單個(gè)細胞或多個(gè)小區的太陽(yáng)能電池獲得，或從熱電發(fā)電機(TEG)，以鋰離子電池。

它控制DC / DC轉換器輸出下列使用最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法，保護功能的鋰離子電池安全充電的太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)。

在一般情況下，太陽(yáng)能電池的電壓依賴(lài)于負載電流而變化，因此工作點(diǎn)所在的功率變?yōu)樽畲笫顷P(guān)鍵。控制算法來(lái)跟蹤這個(gè)最佳工作點(diǎn)相比，釋放點(diǎn)在沒(méi)有負載提供最高的效率為功率轉換。