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

Kód výsledku v 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>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

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

Popis výsledku v původním jazyce

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.

Název v anglickém jazyce

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

Popis výsledku anglicky

An electronic device that is designed to transform a very low input voltage into a voltage suitable for powering wireless sensors. The input voltage is supplied by a small power source such as a small solar panel, TEG, another with a voltage range of 0.32 ~ 1.05 V with a maximum supply current of 55 mA. The base of the device is a monolithic driver of ON SEMICONDUCTOR, designed for DCDC switching sources. This driver works from a 2.2 V supply voltage and includes an integrated MOSFET switch. This driver has been chosen for integrated feedback and control logic, so it is possible to obtain output voltage with the required value without any other components. The disadvantage of the driver is the need for a supply voltage of at least 2.2 V, which limits the use of low potential sources (solar cell, TEG, etc.). It was therefore necessary to supplement the driver with adaptive circuits to ensure the use of low-potential sources. As can be seen in the schematic, the driver was complemented by two miniature MOSFET transistors and one power MOSFET. The integrated switching element therefore serves only as a source of excitation signal for an external switching element, with much better parameters. The driver voltage is supplied externally, voltage from the low potential source is also supplied separately. The power switching element is switched at a fixed frequency of 1.0 MHz with variable pulse width (PWM). The driver can be put into &quot;Shut Down&quot; mode with a very low power consumption of less than 1.0 μA. The DCDC itself is of the BOOST type, increasing with a target output voltage adjustable in the range of about 3.0 ~ 5.5V. The appropriate output voltage is 4.0V for a lithium cell, 5.2 V for Super Capacitor. The output voltage is bypassed by a pair of electrolytic capacitors, which serve as a small voltage equalizer for transients.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

20201 - Electrical and electronic engineering

Projekt

<a href="/cs/project/TG02010020" target="_blank" >TG02010020: Centrum transferu biomedicínských technologií - PoC</a><br>

Návaznosti

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

Rok uplatnění

2017

Kód důvěrnosti údajů

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

Interní identifikační kód produktu

2017-UHK-FIM-Funkcni-Vzorek-015

Číselná identifikace

2017-015

Technické parametry

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.

Ekonomické parametry

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.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

62690094

Název vlastníka

Univerzita Hradec Králové. Fakulta informatiky a managementu

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

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

Požadavek na licenční poplatek

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

Adresa www stránky s výsledkem

—