使用能量收集到電源接入控制

電源是用于安裝門禁系統(tǒng)，如電子鎖的主要挑戰(zhàn)。能夠從環(huán)境中可提供成本更低，更容易整合和嵌合的和潛在供電這樣的裝置，使整個系統(tǒng)更加安全通過消除切斷電源的脆弱性。本文著眼于使用能量收集和電源管理提供電源連接到物聯(lián)網(wǎng)尤其側(cè)重于太陽能加密的無線門禁系統(tǒng)的選項。

提供電源的門禁系統(tǒng)是智能建筑改造的主要限制。由于必須將電源線的上下門既復(fù)雜又昂貴，和系統(tǒng)架構(gòu)師正在尋找不同的方式來提供電源的智能系統(tǒng)。不必以千門鎖定期更換電池是昂貴的，在許多情況下不實用。

相反，能量收集提供了機會，提供功率，而不會大量布線，但也有一些關(guān)鍵的考慮因素?zé)o論是在安裝和系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)不同的能量來源。

兩個最適當(dāng)?shù)哪茉词占夹g(shù)用于訪問控制的太陽能和熱電。雖然這些產(chǎn)生相對少量的電流，這適用于其中的功率小的脈沖串被要求來授權(quán)訪問的訪問控制 - 通常通過無線鏈路或刷卡 - 并釋放從所捕獲和存儲的當(dāng)前的鎖。到監(jiān)控網(wǎng)關(guān)的無線鏈路背面還提供了更多的安全性，并且可以用來觸發(fā)警報，如果電源被切斷，或有未授權(quán)的嘗試條目。使用與無線鏈路能量采集方法省去了昂貴的電纜基礎(chǔ)設(shè)施，并簡化了這種系統(tǒng)的改造。

為外門，在溫度差可以通過使用珀爾帖效應(yīng)的能源被利用。這使得利用金屬的不同的電和熱性能以使得珀耳帖發(fā)動機，如WPG-1從Laird Technologies公司(圖1)，可以安裝在門或通過一個壁與一側(cè)比另一溫暖。這隨后產(chǎn)生可用于給電池充電到訪問控制系統(tǒng)供電的電流。

的WPG-1是收割廢熱，并將其轉(zhuǎn)換為可使用的輸出DC功率的自包含薄膜熱電發(fā)電機。一WPG-1月產(chǎn)能可達1.5 mW的可用輸出功率，并能處理范圍廣泛的負載電阻。一種超低電壓升壓轉(zhuǎn)換器被結(jié)合到在低于20℃的低的溫度差異提供可用的輸出功率。輸出功率可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)三種電壓設(shè)定值：3.3 V，4.1 V或5.0 V.

萊爾德科技WPG-1能量收集產(chǎn)生的圖像

圖1：WPG-1能量收集發(fā)生器可產(chǎn)生高達1.5兆瓦的溫差。

甲局部電池，需要既捕捉和平穩(wěn)地從源，它可以是相當(dāng)易變的電流，而且對于安全性。訪問控制系統(tǒng)需要保持可用，即使在電源被切斷，因此具有局部電池給出優(yōu)于由市電直接供電的系統(tǒng)。

但是，電源的主要來源，可收獲的訪問控制系統(tǒng)是光。使用的太陽能電池板，以提供對系統(tǒng)的電源是符合成本效益的，并且可以使用任一自然光或人造光。當(dāng)今的能量收集板和電源管理可以跟蹤最佳充電率，以盡量減少損失，并保持盡可能多的所捕獲的電流盡可能地使用無線鏈接和接入授權(quán)。

EnOcean公司的入門套件(圖2)的目的是為工程師提供的工具，探討自供電無線技術(shù)的性能容量。

EnOcean公司的入門套件的圖片

圖2：EnOcean公司的入門套件使設(shè)計人員能夠評估不同架構(gòu)的無線接入控制器搭載的太陽能電池。

試劑盒包括電 - 機發(fā)電機的開關(guān)隨著太陽能供電的傳感器在訪問控制系統(tǒng)中使用。通過一個USB加密狗接收在由自供電開關(guān)和傳感器發(fā)送315兆赫的RF信號PC屏幕上被可視化。該DolphinView基本軟件解釋EnOcean無線電電報通過使用從搖臂開關(guān)產(chǎn)生的電力來演示如何遠程無線控制無需電池來實現(xiàn)。該系統(tǒng)還支持太陽能電池供電的無線鏈路。

松下的Amorton非晶體太陽能電池提供5.3μA至84μA的室內(nèi)光線，或向5日均線115毫安從室外光線。將細胞封裝在玻璃為最基本的襯底，或作為可以很容易地添加到任何結(jié)構(gòu)來提供動力的薄膜。隨著備用電池的薄膜為基礎(chǔ)的細胞，而不必擔(dān)心線纜或安全很容易地添加。以重量不是問題，在單元陣列的尺寸可以為功率的所需的訪問控制系統(tǒng)的量。與室外系統(tǒng)中，這當(dāng)然可以較小，但室內(nèi)系統(tǒng)也可以使用相同的技術(shù)，對于系統(tǒng)設(shè)計者創(chuàng)建規(guī)模經(jīng)濟。

松下的Amorton太陽能電池的圖片

圖3：Panasonic的Amorton太陽能電池用玻璃或塑料薄膜基材為不同的環(huán)境。

兩個太陽能電池板和珀爾帖引擎需要專門的電源管理設(shè)備，以捕獲當(dāng)前和管理從電池的功率。

凌力爾特的LTM8062是一個完整的微功率跟蹤電池充電器，可提供恒定電流/恒定電壓充電特性。它采用3.3 V的浮動電壓反饋基準，因此任何期望電池浮動電壓高達14.4 V，用于LTM8062可以用一個電阻分壓器進行編程。

這是用一個輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路，降低充電電流，如果輸入電壓低于一個編程電平，其設(shè)置有一個電阻分壓器來實現(xiàn)。此輸入調(diào)節(jié)環(huán)路用于維持在峰值輸出功率使用的最大峰值功率跟蹤(MPPT)算法的太陽能電池板。

一個典型的太陽能電池板是由多個串聯(lián)連接的單元，每個單元作為一個正向偏置的pn結(jié)。這樣，電池的開路電壓具有溫度系數(shù)，它類似于一個普通的pn二極管，或約-2毫伏/℃。峰值功率點電壓(VMP)，用于結(jié)晶太陽能電池板可以近似為低于V的固定電壓，所以溫度系數(shù)為峰值功率點是類似的開路電壓。面板制造商通常指定25℃這兩個值，因此，有溫度傳感器的反饋網(wǎng)絡(luò)可以被用來編程的電壓輸入到跟蹤最大峰值功率，以獲得最有效的功率轉(zhuǎn)換為更多的光落在細胞和它們熱了起來。

所述LTM8062還包括預(yù)處理涓流充電從而電池可以從少量的電流從太陽能電池，以及壞電池檢測，以簡化維護和修理不斷但安全充電。

同樣，來自德州儀器的bq25504是專為高效率地獲得并管理從生成微瓦到3×3毫米封裝毫瓦太陽能或熱源的納安。該bq25504的設(shè)計開始于一個DC-DC升壓變換器/充電器，需要功率的僅微瓦開始運作。一旦啟動，這能夠有效地提取從低電壓輸出收割機功率如熱電發(fā)生器或太陽能電池板。升壓轉(zhuǎn)換器可開始電壓低至330毫伏，一旦啟動，可以繼續(xù)獲得能量下降到80毫伏。

該bq25504還實現(xiàn)了一個可編程的最大功率點跟蹤采樣網(wǎng)絡(luò)以優(yōu)化電源轉(zhuǎn)移到設(shè)備中。采樣VIN_DC，開路電壓是使用外部電阻編程并與外部電容器保持。對于在最大功率點的80%的開路電壓的(MPP)操作太陽能電池，電阻分壓器可以被設(shè)置為80%的VIN_DC電壓和網(wǎng)絡(luò)將控制VIN_DC鄰近該取樣參考電壓來操作?？商娲?，外部參考電壓可以通過微控制器MCU被提供以產(chǎn)生更復(fù)雜的MPPT算法。

德州儀器bq25504的功能框圖

圖4：bq25504的功能框圖顯示了最大峰值功率跟蹤(MPPT)控制器，用于從太陽能電池收集功率的關(guān)鍵作用。

為了防止損壞電池，最大和最小電壓都針對用戶設(shè)定的欠壓(UV)和過壓(OV)的水平進行監(jiān)控，當(dāng)電池上的電壓下降到低于預(yù)設(shè)臨界功率管理器可以用信號的連接的微控制器水平。這個警告應(yīng)該觸發(fā)負載電流的脫落防止系統(tǒng)進入欠壓條件而設(shè)計的訪問控制系統(tǒng)時，已被考慮到。

結(jié)論

的電源管理芯片一體化意味著許多不同類型的能源，可用于在無線接入控制系統(tǒng)中，給予了極大的靈活性，以在系統(tǒng)的實施，大大降低了復(fù)雜的布線基礎(chǔ)設(shè)施。然而，收獲源的選擇仍然是一個重要的考慮因素為系統(tǒng)設(shè)計師。使用內(nèi)部或外部太陽能電池或熱能將具有不同的功率管理的考慮，從溫度補償和跟蹤下和過壓監(jiān)測。具有關(guān)斷為欠壓條件的結(jié)果，訪問控制系統(tǒng)不是一個積極的形勢，設(shè)計人員需要特別注意的電源管理要求，充分利用自己的能量收集的設(shè)計。