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智能城市中無線傳感器網(wǎng)絡的能量收集電源管理

2512931 2022-11-28 | pdf | 208.08KB | 次下載 | 免費

資料介紹

城市是物聯(lián)網(wǎng)的完美環(huán)境。傳感器可以用來為許多不同的應用程序提供有用的數(shù)據(jù)，相對較小的數(shù)據(jù)包意味著可以犧牲無線鏈路的比特率來降低功耗。這對于具有數(shù)千甚至數(shù)百萬個節(jié)點的網(wǎng)絡至關重要。世界各地的項目都在尋找從環(huán)境中收集能量為這些傳感器節(jié)點供電的方法。太陽能、熱能、振動能甚至射頻能都被評估為能源。城市是物聯(lián)網(wǎng)的完美環(huán)境。傳感器可以用來為許多不同的應用程序提供有用的數(shù)據(jù)，相對較小的數(shù)據(jù)包意味著可以犧牲無線鏈路的比特率來降低功耗。這對于具有數(shù)千甚至數(shù)百萬個節(jié)點的網(wǎng)絡至關重要。世界各地的項目都在尋找從環(huán)境中收集能量為這些傳感器節(jié)點供電的方法。太陽能、熱能、振動能甚至射頻能都被評估為能源。這不同于需要覆蓋可能部署在數(shù)英里之外的傳感器的遠程廣域網(wǎng)，例如蜂窩網(wǎng)絡。這里無線鏈路的能量需求通常會排除能量收集源的使用。這不同于需要覆蓋可能部署在數(shù)英里之外的傳感器的遠程廣域網(wǎng)，例如蜂窩網(wǎng)絡。這里無線鏈路的能量需求通常會排除能量收集源的使用。相反，基于城市的節(jié)點可能會使用一系列不同的低功耗無線協(xié)議，從 sub-GHz 低功耗遠程網(wǎng)絡 (LPWAN) 到 2.4 GHz 藍牙智能和 ZigBee 技術(shù)以及專有網(wǎng)狀網(wǎng)絡。相反，基于城市的節(jié)點可能會使用一系列不同的低功耗無線協(xié)議，從 sub-GHz 低功耗遠程網(wǎng)絡 (LPWAN) 到 2.4 GHz 藍牙智能和 ZigBee 技術(shù)以及專有網(wǎng)狀網(wǎng)絡。由于能量收集源具有可變的低電流，因此對電源管理單元 (PMU) 有高度專業(yè)化的要求，以便為無線收發(fā)器、微控制器和傳感器供電。由于能量收集源具有可變的低電流，因此對電源管理單元 (PMU) 有高度專業(yè)化的要求，以便為無線收發(fā)器、微控制器和傳感器供電。盡管 PMU 中的集成度越來越高，但此類無線節(jié)點的能量收集電源設計需要注意電容器和電感器以提供最佳功率。盡管 PMU 中的集成度越來越高，但此類無線節(jié)點的能量收集電源設計需要注意電容器和電感器以提供最佳功率。Analog Devices Analog Devices ADP5091ADP5091 PMU 可用于轉(zhuǎn)換 6 μW 至 600 mW 范圍內(nèi)的直流電源，以應對無線傳感器節(jié)點的光伏 (PV) 電池或熱能發(fā)生器 (TEG) 的變化。這些設備為可充電鋰離子電池、薄膜電池、超級電容器或傳統(tǒng)電容器等存儲元件充電，為傳感器提供穩(wěn)定的電流。這也可以提供收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到本地網(wǎng)關所需的更高功率。 PMU 可用于轉(zhuǎn)換 6 μW 至 600 mW 范圍內(nèi)的直流電源，以應對無線傳感器節(jié)點的光伏 (PV) 電池或熱能發(fā)生器 (TEG) 的變化。這些設備為可充電鋰離子電池、薄膜電池、超級電容器或傳統(tǒng)電容器等存儲元件充電，為傳感器提供穩(wěn)定的電流。這也可以提供收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到本地網(wǎng)關所需的更高功率。該設計的一個關鍵要素是內(nèi)部冷啟動電路，因此穩(wěn)壓器可以在低至 380 mV 的輸入電壓下開始工作。冷啟動后，穩(wěn)壓器可以處理 0.08 V 至 3.3 V 的輸入電壓范圍，另外一個 150 mA 穩(wěn)壓輸出可以通過外部電阻分壓器或圖 1 中的 VID 引腳進行編程。該設計的一個關鍵要素是內(nèi)部冷啟動電路，因此穩(wěn)壓器可以在低至 380 mV 的輸入電壓下開始工作。冷啟動后，穩(wěn)壓器可以處理 0.08 V 至 3.3 V 的輸入電壓范圍，另外一個 150 mA 穩(wěn)壓輸出可以通過外部電阻分壓器或圖 1 中的 VID 引腳進行編程。圖 1：ADP5091 可以處理可變的低能源，例如光伏太陽能電池板和熱能發(fā)電機。圖 1：ADP5091 可以處理可變的低能源，例如光伏太陽能電池板和熱能發(fā)電機。當與 PV 電池一起使用時，控制器將輸入電壓紋波保持在固定范圍內(nèi)，以在最高效的點保持穩(wěn)定的 DC-DC 升壓轉(zhuǎn)換。動態(tài)傳感模式允許從采集器中提取盡可能高的能量，并具有可編程的最小操作閾值，以便在低輸入條件下快速關閉。當與 PV 電池一起使用時，控制器將輸入電壓紋波保持在固定范圍內(nèi)，以在最高效的點保持穩(wěn)定的 DC-DC 升壓轉(zhuǎn)換。