Wie sich Energie aus der Umwelt praktisch nutzen lässt

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Das Batterielade-IC LTC3331 hat ein wichtiges Merkmal im Zusammenhang mit Mikro-Power-Quellen: Es enthält die Ladelogik, die die Batterie nur dann lädt, wenn genügend Ernteenergie vorhanden ist. Ohne diese Logik würde die EH-Quelle in der Startphase an einem nicht optimalen Betriebspunkt beharren und wäre nicht in der Lage, die Applikation in der Startphase korrekt zu versorgen.

Der LTC3331 schaltet dagegen automatisch auf die Batterie, wenn keine Ernteenergie ansteht. Damit ergibt sich ein zusätzlicher Vorteil, der es Batterie betriebenen WSNs ermöglicht, ihre Laufzeit von 10 auf über 20 Jahre zu verlängern, wenn die passende EH-Quelle zu mindestens die Hälfte der Zeit oder länger vorhanden ist.

Es ist auch ein Superkondensator-Balancierer integriert für weitere Speicher am Ausgang. Zusätzlich zu den EH Optionen, profitiert das Internet of Things (IoT) von der verbesserten drahtlosen Ladetechnik, da es Batterieladung da ermöglicht, wo ein physikalischer Kontakt nicht praktikabel ist.

Der zweite IC von Linear für drahtlose Ladeapplikationen ist der LTC4120. Zum effizienten Managen der Energieübertragung unter allen Bedingungen integriert der drahtlose Energieempfänger LTC4120 eine Technologie von PowerbyProxi, einem Partner von LT. Die patentierte Dynamic Harmonization Control, oder DHC-Technik von PowerbyProxi ermöglicht hocheffizientes kontaktloses Laden ohne thermischen oder elektrischen Stress im Empfänger. Damit lassen sich bis zu 2 W über 1,0 cm übertragen.

Durch Veränderung der Resonanzfrequenz des Empfängers von abgestimmt auf nicht abgestimmt liefert DHC auch im Worst-case genügend Energie ohne Probleme bei den Best-case Bedingungen. So können drahtlose Ladesysteme über einen weiten Bereich von Abständen arbeiten, auch wenn die Lage der Spulen zueinander abweicht. Darüber hinaus vermeiden LTC4120-Systeme alle Interferenzprobleme, die eine Energielieferung unterbrechen würden.

Bei Ein-Zellen Li-Ionen Batterie beträgt die maximale Ladespannung 4,2 V und der maximale Ladestrom ist 400 mA, was die Leistung auf 1,7 W begrenzt. Bei zwei in Serie geschalteten Lithium-Ionen-Akkus liegt diese Grenze bei 2 W (8,4 V maximale Ladespannung bis 240 mA maximaler Ladestrom). Die Kennzahlen von Leistung, Effizienz, Abstand und Größe bestimmen die Systemleistung, und so kann ein auf dem LTC4120 basiertes drahtloses Powersystem bis zu 2 W in die Batterie übertragen und dies über eine Entfernung von 1 cm, wenn eine der verschiedenen Sendeoptionen genutzt wird. Berechnungen der Effizienz variieren stark mit den verwendeten Techniken und Komponenten. Typischerweise erhält die Batterie 45% bis 55% der DC-Eingangsleistung, die in den Sender eines LTC4120-basierten Systems gespeist wird.

Die von PowerbyProxi patentierte DHC-Abstimmtechnologie im LTC4120 bietet große Vorteile gegenüber anderen drahtlosen Powerlösungen. Entsprechend den Umgebungs- und Laständerungen variiert DHC dynamisch die Resonanzfrequenz des Resonanztankkreises am Empfänger. DHC erzielt so größere Übertragungseffizienz, ermöglicht so kleine Empfänger und einen größeren Übertragungsabstand. Gegenüber anderen drahtlosen Powerübertragungslösungen erlaubt ist DHC-eigene Powerpegel-Management Teil des induktiven Übertragungsfelds. Damit entfällt die Notwendigkeit eines separaten Kommunikationskanals, um den Empfänger zu erkennen oder Lastvariationen im Ladezyklus zu regeln.

DHC löst alle fundamentalen Probleme drahtloser Powersysteme. Jedes System muss so entwickelt sein, dass es einen bestimmten Energiebetrag bei einer gegebenen maximalen Übertragungsentfernung empfängt. Jedes System muss aber auch so designed sein, dass es ohne Last bei der geringsten Übertragungsentfernung ohne Schaden übersteht. Wettbewerbsprodukte lösen dieses Problem mittels eines komplizierten digitalen Kommunikationssystems, das zusätzliche Komplexität und Kosten bedingt und die Übertragungsentfernung limitiert. Ein LTC4120-basiertes drahtloses Powersystem bewältigt dieses Problem mittels der DHC-Technologie von PowerbyProxi.

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