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如何使用能量采集的高可靠性工业控制环境

[日期:2015-09-23] 来源:中电网  作者: [字体: ]

    本文着眼于利用能量采集源动力在工业自动化节点,其中高可靠性是关键的设计挑战。它探讨如何能源如结合温度和振动与电池系统和无线链路,以确保传感器节点可以放置在完全正确的位置,并具有最高可能的可靠性。

    能量收集技术可以用于增强工业系统的可靠性和可用性。能够定位传感器节点在需要它们不管电源或通信链路的可提供更高质量的数据的地方。这反过来可以提供趋势数据标识发生并允许预防性维护或故障发生前带来的流替代设备之前,他们的问题,如卡尔曼算法的技术。

 

    这些能量收集技术克服了简单的电池供电的传感器节点所面临的挑战。随着成千上万节点跨越工厂地板,维护和更换电池可以是一个昂贵和费时的工作。然而,能量收集被视为可显着变化,因此往往不考虑这样的应用不可靠的来源。结合的能量采集源,如振动,热或用太阳能充电电池带来了两全其美。独立的传感器节点可以容易地放置在难以到达的地方,并且可再充电电池系统可以持续数千个周期,显着地延长了节点的寿命。

    然而,这种组合需要一类新的电源管理设备,可以从一个不规则的,低电流源提供可靠的电力。这些器件采用降压 - 升压架构来专门管理从源动力

    从收获的振动能量,与如丙烯酰胺的Volture V25W设备,是权力在工厂自动化的重要来源。 。

    美迪Volture V25W压电振动能量生成的图像

     

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    图1:从MIDE的Volture V25W压电振动能量发生器。

    这是被设计为在恶劣环境中使用一个密封的压电器件。它可以作为一个传感器,但它也可以直接与电源管理芯片和薄膜电池集成以提供一个可靠的电源。它是在由攻电机的振动供电的工业网络,以及无线高压空调传感器在工业自动化设置传感器节点的具体目标。能够监视暖通的状态是重要的,以确保在工厂车间的温度被严格控制的可靠性。

    该传感器被安装在振动源并调谐到源的谐振频率。常以占优势的频率是与一个120赫的交流电机或60赫兹器具以使调谐容易显而易见的,但大多数的应用将需要某种形式的振动表征的,以确保源工作在谐振频率。

    然后将V25W可以连接到一个电力管理装置如Maxim的MAX17710。这是为充电和保护微存储单元从能量收集来源的完整的系统。它管理监管不力与输出电平范围从1固件系统100毫瓦来源。该器件还包​​括电池从低至0.75 V(典型值)源充电升压稳压电路

    内部调节保护细胞免受过充电,供给到目标应用程序的输出电压是使用低压差(LDO)与3.3伏的电压可选择线性稳压器,2.3伏,或1.8 V.输出调节器以可选择的调节低功率或超低功率模式,以尽量减少细胞的漏极。内部电压保护可防止电池过度放电。

    Maxim的MAX17710的图

     

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    图2:MAX17710特别调谐到能量采集源的功率。

    太阳能电池为电源的工厂车间的可能来源甚至在室内。从飞索的MB39C831是一个高效率的同步整流升压DC / DC变换器,它有效地提供能量从与单个细胞或多个小区的太阳能电池获得,或从热电发电机(TEG),以锂离子电池。

    它控制DC / DC转换器输出下列使用最大功率点跟踪(MPPT)算法,保护功能的锂离子电池安全充电的太阳能电池的最大功率点。

    在一般情况下,太阳能电池的电压依赖于负载电流而变化,因此工作点所在的功率变为最大是关键。控制算法来跟踪这个最佳工作点相比,释放点在没有负载提供最高的效率为功率转换。


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