對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化無線開關(guān)電源的能量采集參考設(shè)計(jì)
為了充分發(fā)揮工業(yè)4.0的潛力,工廠和設(shè)備需要安裝傳感器。
傳感器的數(shù)量如此之多,使得有線安裝設(shè)備禁用,因此無線技術(shù)(如無線HART和即將推出的Bluetooth®低能量網(wǎng)絡(luò))成為直接的考慮因素。然而,這些傳感器的電池更換的成本通常被低估。
不用使用電池,從傳感器正監(jiān)測的信號(hào)驅(qū)動(dòng)傳感器是可擴(kuò)展性的解決方案。例如,位置或接近傳感器由它們正在監(jiān)視的實(shí)際運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力,這使得系統(tǒng)能夠達(dá)到可預(yù)測性和魯棒性的最高水平。
TI發(fā)布了一個(gè)新的參考設(shè)計(jì),即無線開關(guān)電源參考設(shè)計(jì)的能量采集,為能量采集開關(guān)(圖1)提供電源管理解決方案。能量采集開關(guān)的構(gòu)造類似于一個(gè)線性發(fā)電機(jī),將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。參考設(shè)計(jì)采集該電能,以對(duì)閥或其它機(jī)械致動(dòng)器,及用于機(jī)器啟動(dòng)和停止的緊急開關(guān)和控制器進(jìn)行無線位置控制。
圖1:無線開關(guān)電源的能量采集參考設(shè)計(jì)
參考設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍包括工廠自動(dòng)化和過程控制,及建筑自動(dòng)化和非工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)需要更低的維護(hù)和安裝成本、更高的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和更高的靈活性,且認(rèn)為接線不可行時(shí),您可以使用此類型的解決方案。此外,由于設(shè)計(jì)固有的低功率操作特性,它是隔爆應(yīng)用的最佳解決方案,避免使用成本過高的保護(hù)方法。
當(dāng)設(shè)計(jì)能量采量電路時(shí),不管負(fù)載是否在多個(gè)系統(tǒng)中具有重復(fù)使用的靈活設(shè)計(jì),提取最大能量是一個(gè)挑戰(zhàn)。
電動(dòng)系統(tǒng)可以是具有固定輸出阻抗的發(fā)電機(jī),因此從理論上講,為了提取最大能量,只需要將源阻抗與負(fù)載匹配。然而,對(duì)于動(dòng)態(tài)行為負(fù)載,這不可能實(shí)現(xiàn)。
一種替代方案是緩沖能量。它可作為對(duì)有源負(fù)載的恒定電源供給。因此,挑戰(zhàn)是能夠在不暴露恒定負(fù)載的條件下,從發(fā)電機(jī)提取盡可能多的能量。應(yīng)該考慮兩個(gè)主要事情:
通過盡可能長時(shí)間地保留DC / DC充電的輸入電容,一旦發(fā)電機(jī)的輸出電壓低于輸入電容的電壓,不再提取能量。
通過使DC / DC盡快啟動(dòng),發(fā)電機(jī)盡可能靠近其短路工作點(diǎn)運(yùn)行,這也遠(yuǎn)離其最大功率點(diǎn)。
要記住的另一設(shè)計(jì)考慮是發(fā)生器將產(chǎn)生兩個(gè)脈沖:針對(duì)每個(gè)完全致動(dòng)(推動(dòng)和釋放),一個(gè)為正,一個(gè)為負(fù)。參考設(shè)計(jì)通過負(fù)波整流提取最大能量。
對(duì)于整流,有兩種可能選擇:全波整流或倍壓器。參考設(shè)計(jì)遵循倍壓器(參見圖2)選項(xiàng),有兩個(gè)原因:
與全波整流器相比,倍壓器的損耗僅為二極管的一半,因此整體效率得以提高。
當(dāng)DC / DC達(dá)到欠壓閉鎖(UVLO)時(shí),電容中留下的能量可以視為損耗。對(duì)于全波整流器,情況通常如此。利用倍壓器,第二波將高于UVLO電平對(duì)電容充電,并且因此可完全被使用。
最后,通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化作為UVLO電壓的函數(shù)的輸入端值,以實(shí)際DC / DC的運(yùn)行時(shí)間最大化(即,在其輸出端提供有效電壓的時(shí)間)的目標(biāo)。
圖2:如何從能量采集開關(guān)提取最大能量
參考設(shè)計(jì)可輕松連接到SimpleLink™CC2650無線MCU LaunchPad™套件,通過CC2650傳輸無線數(shù)據(jù),并通過電路板上的TPS62122或TPS62125供電。
參考設(shè)計(jì)在包含8字節(jié)數(shù)據(jù)的三個(gè)獨(dú)立通道上發(fā)出不可連接的通告數(shù)據(jù)包。
這個(gè)設(shè)計(jì)可能是您采取的第一步措施,以充分釋放智能工廠的潛力。看看設(shè)計(jì)頁面上的原理圖、布局和測試數(shù)據(jù)。
其他信息
觀看視頻“如何使用納米功率DC / DC解決方案獲取能量”。