Prototype of Power Converter with Energy Harvesting Principle with CAT4139 Controller and adaptive circuits

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F62690094%3A18450%2F17%3A50013494" target="_blank" >RIV/62690094:18450/17:50013494 - isvavai.cz</a>

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Prototyp napájecího měniče využívajícího „Energy Harvesting“ s obvodem CAT4139 a přizpůsobovacími obvody

Original language description

Elektronické zařízení, které je určeno k transformaci velmi nízkého vstupního napětí na napětí vhodné pro napájení bezdrátových senzorů. Vstupní napětí je dodáváno nízko výkonovým zdrojem typu malý solární panel, TEG, popř. jiný s napěťovým rozsahem 0,32 ~ 1,05 V s maximální hodnotou dodávaného proudu 55 mA. Základ zařízení tvoří monolitický driver společnosti ON SEMICONDUCTOR, určený pro spínané zdroje typu DCDC. Tento driver funguje od napájecího napětí 2,2 V a obsahuje integrovaný spínací prvek MOSFET. Tento driver byl zvolen z důvodů integrované zpětné vazby a řídicí logiky a je tedy možné získat výstupní napětí o požadované hodnotě bez dalších komponent. Nevýhodou driveru je nutnost napájecího napětí alespoň 2,2 V což omezuje při použití nízko potenciálových zdrojů (solární článek, TEG apod.). Bylo tedy nutné doplnit uvedený driver o přizpůsobovací obvody, které zajistí možnost využití nízko potenciálových zdrojů. Jak je možné vidět na schématu, driver byl doplněn o dva miniaturní tranzistory MOSFET a jeden výkonový MOSFET. Integrovaný spínací prvek tedy slouží pouze jako zdroj budicího signálu pro externí spínací prvek, s mnohem lepšími parametry. Napájecí napětí driveru je přiváděno externě, napětí z nízko potenciálového zdroje je přiváděno také odděleně. Výkonový spínací prvek je spínán fixní frekvencí 1,0 MHz s proměnlivou šířkou pulzu (PWM). Driver je možné uvést do režimu „Shut Down”, kdy má velmi nízkou vlastní spotřebou, méně než 1,0 μA. Samotný DCDC měnič je typu BOOST, tedy zvyšující s cílovým výstupním napětím nastavitelným v rozsahu cca 3,0 ~ 5,5 V. Vhodné výstupní napětí je 4,0 V pro lithiový článek, popř. 5,2 V pro superkapacitor. Výstupní napětí je přemostěno dvojicí elektrolytických kondenzátorů, které slouží jako malý vyrovnávací zdroj napětí při přechodových dějích.

Czech name

Prototyp napájecího měniče využívajícího „Energy Harvesting“ s obvodem CAT4139 a přizpůsobovacími obvody

Czech description

Elektronické zařízení, které je určeno k transformaci velmi nízkého vstupního napětí na napětí vhodné pro napájení bezdrátových senzorů. Vstupní napětí je dodáváno nízko výkonovým zdrojem typu malý solární panel, TEG, popř. jiný s napěťovým rozsahem 0,32 ~ 1,05 V s maximální hodnotou dodávaného proudu 55 mA. Základ zařízení tvoří monolitický driver společnosti ON SEMICONDUCTOR, určený pro spínané zdroje typu DCDC. Tento driver funguje od napájecího napětí 2,2 V a obsahuje integrovaný spínací prvek MOSFET. Tento driver byl zvolen z důvodů integrované zpětné vazby a řídicí logiky a je tedy možné získat výstupní napětí o požadované hodnotě bez dalších komponent. Nevýhodou driveru je nutnost napájecího napětí alespoň 2,2 V což omezuje při použití nízko potenciálových zdrojů (solární článek, TEG apod.). Bylo tedy nutné doplnit uvedený driver o přizpůsobovací obvody, které zajistí možnost využití nízko potenciálových zdrojů. Jak je možné vidět na schématu, driver byl doplněn o dva miniaturní tranzistory MOSFET a jeden výkonový MOSFET. Integrovaný spínací prvek tedy slouží pouze jako zdroj budicího signálu pro externí spínací prvek, s mnohem lepšími parametry. Napájecí napětí driveru je přiváděno externě, napětí z nízko potenciálového zdroje je přiváděno také odděleně. Výkonový spínací prvek je spínán fixní frekvencí 1,0 MHz s proměnlivou šířkou pulzu (PWM). Driver je možné uvést do režimu „Shut Down”, kdy má velmi nízkou vlastní spotřebou, méně než 1,0 μA. Samotný DCDC měnič je typu BOOST, tedy zvyšující s cílovým výstupním napětím nastavitelným v rozsahu cca 3,0 ~ 5,5 V. Vhodné výstupní napětí je 4,0 V pro lithiový článek, popř. 5,2 V pro superkapacitor. Výstupní napětí je přemostěno dvojicí elektrolytických kondenzátorů, které slouží jako malý vyrovnávací zdroj napětí při přechodových dějích.

Type

G_funk - Functional sample

CEP classification

—

OECD FORD branch

20201 - Electrical and electronic engineering

Project

<a href="/en/project/TG02010020" target="_blank" >TG02010020: Centre for Transfer of Biomedical Technologies - PoC</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2017

Confidentiality

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Internal product ID

2017-UHK-FIM-Funkcni-Vzorek-015

Numerical identification

2017-015

Technical parameters

Rozměry: 20x20x4 mm; Napájecí napětí: 0,32 ~ 1,05 V/55mA; Výstupní napětí: 5,0 / 5,2 V; Výstupní proud: 0,01 A; Vstup „backup“ baterie: NE; OVP ochrana: NE; Odpojovač akumulátoru: NE; Ovládání jedním tlačítkem: NE; Volitelné výstupní napětí: NE; Volitelné pracovní frekvence: NE; Řízení typu MPPT: NE; Tepelné senzory: NE; Krytí IP:bez krytu, pouze osazená DPS; Stíněná pracovní indukčnost:NE, provedení SMD; Konektory: Frézované zlacené plošky pro pájení vodičů; -------- Výstup vznikl v rámci experimentálního vývoje jako výstup projektů TAČR TG02010020.

Economical parameters

1) Zvýšení kvality lékařské péče. 2) Uvedené elektronické zařízení umožňuje vypustit napájecí baterie v senzorech a učinit je tak nezávislé na nákladných servisních zásazích, kdy je potřeba měnit napájecí zdroj (baterii, akumulátor) senzorů v pravidelných intervalech. Ekonomickým parametrem je tedy odbourání primárních zdrojů energie a servisních úkonů. 3) Náklady na výrobu napájecího zdroje jsou v předpokládané výši 350 ~ 450 Kč.

Application category by cost

—

Owner IČO

62690094

Owner name

Univerzita Hradec Králové. Fakulta informatiky a managementu

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

Z - Poskytovatel licence na výsledek nepožaduje v některých případech licenční poplatek

Web page

—