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智能城市中無線傳感器網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

城市是物聯網的完美環境。傳感器可以用來為許多不同的應用程序提供有用的數據，相對較小的數據包意味著可以犧牲無線鏈路的比特率來降低功耗。這對于具有數千甚至數百萬個節點的網絡至關重要。世界各地的項目都在尋找從環境中收集能量為這些傳感器節點供電的方法。太陽能、熱能、振動能甚至射頻能都被評估為能源。城市是物聯網的完美環境。傳感器可以用來為許多不同的應用程序提供有用的數據，相對較小的數據包意味著可以犧牲無線鏈路的比特率來降低功耗。這對于具有數千甚至數百萬個節點的網絡至關重要。世界各地的項目都在尋找從環境中收集能量為這些傳感器節點供電的方法。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英里之外的傳感器的遠程廣域網，例如蜂窩網絡。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英里之外的傳感器的遠程廣域網，例如蜂窩網絡。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，基于城市的節點可能會使用一系列不同的低功耗無線協議，從 sub-GHz 低功耗遠程網絡 (LPWAN) 到 2.4 GHz 藍牙智能和 ZigBee 技術以及專有網狀網絡。相反，基于城市的節點可能會使用一系列不同的低功耗無線協議，從 sub-GHz 低功耗遠程網絡 (LPWAN) 到 2.4 GHz 藍牙智能和 ZigBee 技術以及專有網狀網絡。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) 有高度專業化的要求，以便為無線收發器、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) 有高度專業化的要求，以便為無線收發器、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 可用于轉換 6 μW 至 600 mW 范圍內的直流電源，以應對無線傳感器節點的光伏 (PV) 電池或熱能發生器 (TEG) 的變化。這些設備為可充電鋰離子電池、薄膜電池、超級電容器或傳統電容器等存儲元件充電，為傳感器提供穩定的電流。這也可以提供收發器將數據發送到本地網關所需的更高功率。 PMU 可用于轉換 6 μW 至 600 mW 范圍內的直流電源，以應對無線傳感器節點的光伏 (PV) 電池或熱能發生器 (TEG) 的變化。這些設備為可充電鋰離子電池、薄膜電池、超級電容器或傳統電容器等存儲元件充電，為傳感器提供穩定的電流。這也可以提供收發器將數據發送到本地網關所需的更高功率。該設計的一個關鍵要素是內部冷啟動電路，因此穩壓器可以在低至 380 mV 的輸入電壓下開始工作。冷啟動后，穩壓器可以處理 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部冷啟動電路，因此穩壓器可以在低至 380 mV 的輸入電壓下開始工作。冷啟動后，穩壓器可以處理 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，以在最高效的點保持穩定的 DC-DC 升壓轉換。動態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，以在最高效的點保持穩定的 DC-DC 升壓轉換。