№3 / 2017 Статья 5 Как снизить стоимость цепей питания — используем суперконденсаторы!

Вячеслав Морозов (г. Ростов-на-Дону)

Суперконденсаторы сочетают в себе большие значения удельной мощности и удельной энергии. Наиболее полно их преимущества проявляются при использовании совместно с аккумуляторами и гальваническими элементами для питания нагрузок с кратковременным потреблением больших токов. Среди производителей суперконденсаторов лидирующее положение занимает компания CAP-XX.

Номенклатура производимых в России портативных устройств с батарейным питанием включает в себя мобильные терминалы (считыватели штрих-кодов), мобильные банковские терминалы и устройства отслеживания координат объекта (GPS/ГЛОНАСС-трекеры). Важной характеристикой портативных устройств является время автономной работы, которое зависит от емкости встроенного источника питания и режима его эксплуатации. Для многих портативных устройств характерен импульсный режим потребления тока (например, при передаче данных встроенными модулями GSM и GPRS). Импульс тока, в несколько раз превышающий ток потребления в дежурном режиме, может привести к значительному падению напряжения на батарее и, как следствие, к аварийному отключению устройства. Поскольку для нормального функционирования портативных устройств необходимо поддержание напряжения батареи выше некоторого порогового значения, преждевременное отключение приводит к снижению фактического времени работы устройства. При этом батарея в момент отключения все еще может иметь достаточный заряд для нормальной работы. Ситуация ухудшается при температурах ниже 0°С, так как у наиболее распространенных типов химических источников тока, – литий-ионных и никель-металл-гидридных, – при низких температурах значительно уменьшается емкость и увеличивается внутреннее сопротивление. Из-за ограниченного внутреннего пространства в устройствах портативной электроники обычные типы конденсаторов не способны накапливать энергию, достаточную для питания нагрузок с импульсным потреблением тока – модулей GSM и GPRS, фотовспышек и усилителей мощности звуковой частоты (например, в составе MP3-плееров).

Гибридная система, состоящая из аккумулятора и подключенного параллельно нагрузке суперконденсатора производства компании CAP-XX, позволяет уменьшить падение напряжения при пиковом токе, что обеспечивает надежную работу устройства вплоть до почти полного разряда батареи, в том числе при низких температурах. В интервале времени с низким токопотреблением суперконденсатор подзаряжается от аккумулятора, восстанавливая заряд, израсходованный на пиках потребления тока. Суперконденсатор также помогает защитить батарею от потенциально опасных падений напряжения и бросков тока, что особенно актуально для литий-ионных аккумуляторов. Суперконденсаторы имеют емкость от нескольких мФ до единиц фарад, токи утечки порядка нескольких мкА и эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС) в диапазоне нескольких мОм, что обеспечивает большие импульсные токи разряда без существенного падения напряжения. Преимуществом суперконденсаторов является также наличие вариантов исполнения с формой и габаритами, соответствующими имеющемуся в устройстве свободному пространству (например, тонкой призматической формы).

Различные типы устройств накопления электроэнергии

К устройствам накопления энергии относятся химические источники тока (аккумуляторы, гальванические элементы и топливные элементы), конденсаторы и суперконденсаторы. Гальванические элементы относятся к первичным, а аккумуляторы – ко вторичным химическим источникам тока. Гальванические элементы, являющиеся наиболее распространенными химическими источниками тока, предназначены для одноразового использования и, по исчерпании запаса энергии, подлежат утилизации. Они имеют высокий импеданс, что позволяет получить длительный срок службы только при малых токах потребления. Аккумуляторы позволяют восстанавливать израсходованную энергию и могут выдерживать до 1000 циклов заряда/разряда, однако глубокие разряды сокращают срок службы аккумуляторов, в то время как разряд малым током продлевает его. Таким образом, аккумуляторы и гальванические элементы характеризуются большой удельной энергией, однако их удельная мощность ограничена малым током разряда (рисунок 1). Топливные элементы используют внешние накопители химической энергии, благодаря чему они обладают большей удельной энергией по сравнению с аккумуляторами (рисунок 1), однако требуют, как правило, большого количества внешнего оборудования – топливного насоса, системы охлаждения, топливных баков и рециркулятора, что делает их непрактичными для большинства портативных приложений. Конденсаторы и суперконденсаторы накапливают энергию в виде зарядов на обкладках, разделенных изолирующей средой.

Рис. 1. Удельные энергетические характеристики устройств накопления электрической энергии

Рис. 1. Удельные энергетические характеристики устройств накопления электрической энергии

В суперконденсаторах для разделения зарядов используется тонкий молекулярный слой электролита, вследствие чего толщина их изоляции составляет нанометры, в то время как для керамических, пленочных и электролитических конденсаторов она составляет микрометры. Благодаря этому суперконденсаторы накапливают то же количество энергии в меньшем объеме, что позволяет увеличить их удельную энергию на два порядка по сравнению с обычными конденсаторами (рисунок 1). Однако конденсаторы способны заряжаться и разряжаться большими токами, вследствие чего имеют бóльшую удельную мощность.

В таблице 1 приведены основные параметры, характеризующие перечисленные выше технологии накопления электрической энергии. Некоторые параметры аккумуляторов и гальванических элементов приведены в широком диапазоне значений ввиду большого разнообразия типов химических источников тока и, соответственно, больших вариаций их параметров.

Таблица 1. Основные параметры технологий накопления электрической энергии

Параметры/Изделие Суперконденсаторы производства CAP-XX Конденсаторы Топливные элементы Аккумуляторы
Время заряда/разряда Миллисекунды…секунды Пикосекунды…миллисекунды 10…300 часов. Мгновенный заряд при перезагрузке топлива 1…10 часов
Рабочий диапазон температур, °C -40…85 -20…100 25…90 20…65
Рабочее напряжение, В 2,3…2,75 6…800 0,6 1,25…4,2
Емкость 100 мФ…1500 Ф 10 пФ…2,2 мФ
Срок службы до 50000 часов с неограниченным числом циклов заряда/разряда до 100000 циклов заряда/разряда 1500…10000 часов 150…1500 циклов заряда/разряда
Вес, кг 0,001…0,230 1…10 0,02…5 и более 0,001…10 и более
Удельная мощность, кВт/кг 10…120 0,25…10000 0,001…0,1 0,005…0,4
Удельная энергия, Вт•ч/кг 1…10 0,01…0,05 300…3000 8…600
Импульсный ток нагрузки до 100 А до 1000 А до 150 мА/см² до 5 А

Сравнение характеристик суперконденсаторов различных производителей

По сравнению с другими производителями суперконденсаторов, компании CAP-XX удалось реализовать суперконденсаторы в тонких и сверхтонких корпусах, что позволило существенно снизить их объем и получить наилучшее сочетание высокой удельной мощности и высокой удельной энергии (рисунок 2).

Рис. 2. Сравнение удельных энергетических характеристик суперконденсаторов

Рис. 2. Сравнение удельных энергетических характеристик суперконденсаторов

Продление времени работы устройств при использовании суперконденсаторов

На рисунке 3 показаны графики изменения напряжения литий-ионного аккумулятора 600 мА•ч, нагруженного модулем GPRS класса 10 с непрерывным потребляемым током 100 мА и импульсным током 2 А (рабочий цикл 25%, длительность импульса 1,154 мс). Аккумулятор имеет внутреннее сопротивление 250 мОм, включая цепь защиты. При испытаниях использовался суперконденсатор CAP-XX типа GW208 емкостью 0,3 Ф с внутренним сопротивлением 40 мОм. Графики V n25P1 (синего цвета) и V c25P1 (желтого цвета) показывают напряжение аккумулятора, соответственно, без суперконденсатора и с суперконденсатором, подключенным параллельно нагрузке. Верхняя и нижняя ограничительные линии графиков отображают максимальное и минимальное напряжение аккумулятора. На рисунке 3 приведены также графики среднего значения напряжения аккумулятора для обоих случаев, обозначенные, соответственно, Vav n25P1 (розового цвета) и Vav c25P1 (бирюзового цвета).

Рис. 3. Графики изменения напряжения литий-ионного аккумулятора, нагруженного модулем GPRS клас- са 10 (импульсы тока 2 А) при температуре 25°C с суперконденсатором (V c25P1) и без него (V n25P1

Рис. 3. Графики изменения напряжения литий-ионного аккумулятора, нагруженного модулем GPRS класса 10 (импульсы тока 2 А) при температуре 25°C с суперконденсатором (V c25P1) и без него (V n25P1

Суперконденсатор, подключенный параллельно нагрузке, существенно уменьшает пульсации напряжения. Если минимальное напряжение для нормальной работы устройства составляет 3,3 В, что соответствует некоторым типам модулей GPRS, без суперконденсатора отключение устройства произойдет через 14,9 мин после начала работы. С суперконденсатором напряжение на аккумуляторе не опускалось ниже порога в течение 38,1 мин, то есть время работы увеличилось в 2,56 раза. Данный пример демонстрирует увеличение фактического времени работы устройства с батарейным питанием на 156%. Для других аккумуляторов результаты испытаний будут варьироваться в зависимости от типа аккумулятора и его параметров.

На рисунке 4 показаны результаты аналогичных испытаний с тем же набором оборудования при температуре 0°C. Малая температура привела к снижению напряжения на клеммах аккумулятора, вследствие чего уменьшился рабочий ресурс аккумулятора. Как и в предыдущем случае графики V n25P1 (синего цвета) и V c25P1 (желтого цвета) показывают напряжение аккумулятора, соответственно, без суперконденсатора и с суперконденсатором. При низкой температуре величина максимального импульсного тока аккумулятора значительно меньше, чем при комнатной температуре, что обусловлено увеличением его внутреннего сопротивления и, соответственно, большим падением напряжения во время импульса потребляемого тока.

Рис. 4. Графики изменения напряжения литий-ионного аккумулятора, нагруженного модулем GPRS класса 10 (импульсы тока 2 А) при температуре 0°C с суперконденсатором (V c25P1) и без него (V n25P1)

Рис. 4. Графики изменения напряжения литий-ионного аккумулятора, нагруженного модулем GPRS класса 10 (импульсы тока 2 А) при температуре 0°C с суперконденсатором (V c25P1) и без него (V n25P1)

Как следует из графика V c25P1 на рисунке 4, с суперконденсатором пульсации напряжения на аккумуляторе уменьшаются до уровня, сопоставимого со значениями при комнатной температуре. При том же пороговом напряжении 3,3 В устройство будет работать 1,2 мин без суперконденсатора и 7,7 мин с подключенным параллельно нагрузке суперконденсатором, что дает увеличение продолжительности работы в 6,42 раза. Для других аккумуляторов этот результат будет в большой степени зависеть от типа аккумулятора и его параметров, однако бесспорным фактом является то, что суперконденсатор производства CAP-XX может существенно увеличить время работы портативного устройства на импульсную нагрузку и обеспечить его приемлемое функционирование при низких температурах.

Уменьшение количества фильтрующих элементов на плате

В компактных портативных устройствах для получения необходимых напряжений обычно используются импульсные преобразователи постоянного напряжения. В качестве устройств накопления энергии и фильтрации обычно применяют электролитические и танталовые конденсаторы с низким ЭПС (ESR). Для минимизации ЭПС и увеличения емкости несколько конденсаторов можно соединить параллельно, однако это увеличит габариты печатной платы и стоимость изделия. Применение суперконденсаторов производства компании CAP-XX предоставляет разработчикам портативных устройств альтернативу большому количеству фильтрующих конденсаторов на плате.

На рисунке 5 показана испытательная схема, позволяющая сравнить эффективность суперконденсатора и обычных танталовых конденсаторов при питании нагрузки с импульсным током потребления. При установке переключателя в положение «2» нагрузка питается только от аккумулятора, в положении «1» параллельно нагрузке подключается батарея из восьми танталовых конденсаторов емкостью 470 мкФ каждый, в положении «3» – один суперконденсатор емкостью 380 мФ (380000 мкФ). Резистор 10 Ом ограничивает ток заряда суперконденсатора при первом подключении (переключатель при этом установлен в положение «2»).

Рис. 5. Испытательная схема электронной нагрузки с литий-ионным аккумулятором и двумя варианта- ми накопителей

Рис. 5. Испытательная схема электронной нагрузки с литий-ионным аккумулятором и двумя вариантами накопителей

Емкость конденсатора, необходимую для поддержания минимального напряжения на нагрузке при импульсном потреблении тока, можно рассчитать по формуле (1):

form_1(1)

  • где ELOAD – энергия, потребляемая нагрузкой в импульсе;
  • VBATT – напряжение аккумулятора;
  • VLOAD MIN – минимально допустимое напряжение на нагрузке;
  • IPEAK – пиковый ток, потребляемый нагрузкой;
  • ESR – ЭПС конденсатора.

В данном примере энергия, потребляемая нагрузкой в импульсе, равна произведению напряжения на нагрузке, потребляемого тока и длительности импульса:

form_1a

Для ЭПС = 7 мОм (танталовые конденсаторы) минимальная емкость равна:

form_1b

Результаты испытаний схемы, приведенной на рисунке 5, показаны на рисунках 6…8. При питании нагрузки только от аккумулятора (рисунок 6) напряжение на аккумуляторе при пиковом потреблении тока падает на 0,55 В. Подключение танталовых конденсаторов (рисунок 7) уменьшает падение напряжения на аккумуляторе всего на 0,16 В, при этом пиковый ток, потребляемый от аккумулятора, уменьшился с 2 до 1,5 А. Низкая эффективность танталовых конденсаторов обусловлена тем, что, несмотря на малую величину ЭПС (≈ 7 мОм при параллельном соединении 8 конденсаторов), их суммарная емкость меньше минимального значения, рассчитанного по формуле (1), и энергии, накопленной в танталовых конденсаторах, недостаточно для питания нагрузки. Использование суперконденсатора (рисунок 8) позволяет значительно, на 0,3 В, уменьшить падение напряжения на аккумуляторе и более чем в два раза снизить пиковый ток, потребляемый от аккумулятора.

Рис. 6. Осциллограммы напряжения на аккумуляторе (вверху) и тока нагрузки (внизу) при питании нагрузки только от аккумулятора

Рис. 6. Осциллограммы напряжения на аккумуляторе (вверху) и тока нагрузки (внизу) при питании
нагрузки только от аккумулятора

Рис. 7. Осциллограммы напряжения на аккумуляторе (вверху) и тока нагрузки (внизу) при питании нагрузки от аккумулятора и танталовых конденсаторов

Рис. 7. Осциллограммы напряжения на аккумуляторе (вверху) и тока нагрузки (внизу) при питании
нагрузки от аккумулятора и танталовых конденсаторов

Рис. 8. Осциллограммы напряжения на аккумуляторе (вверху) и тока нагрузки (внизу) при питании нагрузки от аккумулятора и суперконденсатора Рис.

Рис. 8. Осциллограммы напряжения на аккумуляторе (вверху) и тока нагрузки (внизу) при питании нагрузки от аккумулятора и суперконденсатора

Конструкция суперконденсатора не всегда позволяет подключить его непосредственно к контактам нагрузки. В этом случае суперконденсатор подключается гибкими проводами или длинными дорожками на печатной плате, которые обладают собственной индуктивностью и сопротивлением, включенными последовательно с ЭПС суперконденсатора. Испытательная схема для оценки влияния соединительных проводов между суперконденсатором и нагрузкой показана на рисунке 9, при этом суперконденсатор подключался к нагрузке либо напрямую, либо проводами длиной 10 см разного сечения – 0,336 мм2 и 1,00 мм2, условно обозначенных, соответственно, как провода малого и среднего сечения.

Рис. 9. Испытательная схема для оценки влияния соединительных проводов между суперконденсато- ром и нагрузкой

Рис. 9. Испытательная схема для оценки влияния соединительных проводов между суперконденсатором и нагрузкой

На рисунке 10 приведены осциллограммы напряжения на нагрузке VC и тока нагрузки IL (рисунок 9) при подключении суперконденсатора GW208D непосредственно к нагрузке проводами тонкого сечения длиной 10 см. Форма импульсов напряжения показывает, что индуктивность соединительных проводов не оказывает существенного влияния на эффективность работы суперконденсатора. Значения падения напряжения при разных вариантах подключения суперконденсаторов приведены в таблице 2. Дополнительное падение напряжения за счет соединительных проводов оказывается меньше произведения импульсного тока на омическое сопротивление проводов, что обусловлено некоторым увеличением тока, потребляемого от аккумулятора, включенного параллельно суперконденсатору. Для более точного расчета падения напряжения при добавлении сопротивления между нагрузкой и суперконденсатором можно воспользоваться калькулятором Pulsed Load Design Aid на сайте компании CAP-XX: http://www.cap-xx.com.

Рис. 10. Осциллограммы напряжения на нагрузке (вверху) и тока нагрузки (внизу): а) суперконденсатор GW208D подключен непосредственно к нагрузке; б) суперконденсатор GW208D подключен к нагрузке проводами тонкого сечения длиной 10 см

Рис. 10. Осциллограммы напряжения на нагрузке (вверху) и тока нагрузки (внизу): а) суперконденсатор GW208D подключен непосредственно к нагрузке; б) суперконденсатор GW208D подключен к нагрузке проводами тонкого сечения длиной 10 см

Таблица 2. Значения падения напряжения при разных вариантах подключения суперконденсаторов

Наименование ЭПС, мОм Емкость, Ф Напряжение, В Падение напряжения при нулевом расстоянии от суперконденсатора до нагрузки, мВ Падение напряжения при подключении суперконденсатора проводами длиной 10 см тонкого сечения, мВ Падение напряжения при подключении суперконденсатора проводами длиной 10 см среднего сечения, мВ
GW201A 80 0,3 4,5 128 140 134
GW208D 40 0,3 4,5 68 78 76

Особенности использования суперконденсаторов

Суперконденсаторы обладают большой емкостью и низким ЭПС, вследствие чего подключение разряженного суперконденсатора к источнику питания или аккумулятору создает большой зарядный ток, который может вызвать срабатывание защиты от перегрузки по току и отключению источника питания. Решением проблемы является использование устройств ограничения тока заряда суперконденсаторов, однако применявшиеся ранее схемы на дискретных компонентах существенно увеличивали площадь печатной платы и стоимость изделия. Более перспективными в настоящее время являются специализированные микросхемы ограничения тока заряда, например, коммутатор питания с ограничением тока TPS2553 производства компании Texas Instruments, структурная схема которого показана на рисунке 11, а типовая схема включения – на рисунке 12.

Рис. 11. Структурная схема коммутатора питания с ограничением тока TPS2553

Рис. 11. Структурная схема коммутатора питания с ограничением тока TPS2553

Регулирующим элементом микросхемы является N-канальный МОП-транзистор, способный ограничивать ток нагрузки на уровне до 1,5 А. Управление МОП-транзистором осуществляется драйвером затвора и схемой накачки заряда, формирующей напряжение смещения на затворе относительно истока. В режиме заряда выходного конденсатора схема ограничения тока управляет МОП-транзистором, поддерживая выходной ток на уровне, устанавливаемом посредством резистора, подключенного к выводам ILIM и GND. Основные режимы работы TPS2553 иллюстрируют графики на рисунке 13, полученные в результате компьютерного моделирования схемы, изображенной на рисунке 12. При включении питания начинается заряд суперконденсатора постоянным током 1,04 А, сигнал FAULT имеет низкий уровень, сигнализируя о режиме ограничения тока. Заряд суперконденсатора продолжается примерно 1,1 с, после чего TPS2553 переходит в нормальный режим работы, при этом МОП-транзистор полностью открыт, на выходе устанавливается напряжение питания 3,7 В, а на выходе FAULT – высокий уровень сигнала. В момент времени 3,0 с входное напряжение питания снижается до 3,1 В и, поскольку входное напряжение становится ниже выходного, через открытый МОП-транзистор TPS2553 начинает протекать ток разряда суперконденсатора – на графике I (Charge) он показан коротким импульсом отрицательной полярности. Для защиты входных цепей от разрядного тока суперконденсатора встроенный компаратор обратного напряжения TPS2553 закрывает МОП-транзистор, и на выходе FAULT устанавливается низкий уровень, сигнализирующий в данном случае о снижении напряжения питания схемы.

Рис. 12. Схема ограничения тока заряда суперконденсатора с использованием коммутатора питания TPS2553

Рис. 12. Схема ограничения тока заряда суперконденсатора с использованием коммутатора питания TPS2553

Кроме основных функций, TPS2553 обеспечивает защиту от КЗ выхода а также содержит датчики температуры пониженного напряжения (UVLO), запрещающие работу коммутатора, соответственно, при перегреве и снижении напряжении питания до уровня ниже 2,5 В.

Рис. 13. Результаты компьютерного моделирования схемы ограничения тока заряда суперконденсато- ра GW201 (рисунок 12)

Рис. 13. Результаты компьютерного моделирования схемы ограничения тока заряда суперконденсатора GW201 (рисунок 12)

Особенности суперконденсаторов CAP-XX – уникальный плоский форм-фактор

Рис. 14. Конструкция одного слоя суперконденса- тора CAP-XX

Рис. 14. Конструкция одного слоя суперконденсатора CAP-XX

Как видно из рисунка 2, суперконденсаторы производства компании CAP-XX обеспечивают наилучшее сочетание высокой удельной энергии и высокой удельной мощности, что достигается благодаря их уникальной многослойной конструкции. Схематически один слой суперконденсатора CAP-XX показан на рисунке 14. Материалом электродов является активированный уголь, обладающий большой эффективной площадью поверхности. В качестве токосъемников используется алюминиевая фольга, что позволяет уменьшить толщину суперконденсатора и удешевить его производство. Пары электродов в многослойной конструкции суперконденсатора соединяются параллельно, благодаря чему достигается большая емкость и низкая величина ЭПС в тонкой призматической упаковке. На сегодняшний день компанией CAP-XX достигнута толщина суперконденсатора всего 0,6 мм (рисунок 15).

Рис. 15. Габариты сверхтонкого суперконденсато- ра CAP-XX в сравнении с SD-картой

Рис. 15. Габариты сверхтонкого суперконденсатора CAP-XX в сравнении с SD-картой

Одна ячейка суперконденсатора CAP-XX имеет рабочее напряжение 2,75 В. Для работы с напряжениями 4,5…5,5 В выпускаются сдвоенные модули (две ячейки, соединенные последовательно). В настоящее время ассортимент продукции CAP-XX включает в себя линейку из 20 одиночных и сдвоенных суперконденсаторов в четырех типоразмерах, что обеспечивает широкий выбор вариантов удельной энергии и удельной мощности в разных габаритах посадочного места с разной толщиной корпуса в соответствии с требованиями конкретного применения суперконденсатора.

 Заключение

Устройства накопления энергии характеризуются удельной энергией (энергией, запасенной на единицу объема или массы) и удельной мощностью, показывающей, насколько быстро энергия может быть передана в нагрузку. Обычные конденсаторы способны выдерживать большие импульсные токи, то есть обладают большой удельной мощностью, но могут накапливать незначительное количество энергии. Химические источники тока (аккумуляторы, гальванические и топливные элементы) способны накапливать большое количество энергии, но требуют много времени для заряда и разряда, то есть имеют низкую удельную мощность. Суперконденсаторы занимают нишу между конденсаторами и химическими источниками тока, сочетая в себе большие значения удельной мощности и удельной энергии. Наиболее полно преимущества суперконденсаторов проявляются при их использовании совместно с аккумуляторами и гальваническими элементами для питания нагрузок с кратковременным потреблением больших токов. Большая емкость и низкое внутреннее сопротивление суперконденсаторов позволяет сократить количество фильтрующих конденсаторов на плате, уменьшив тем самым ее габариты и стоимость. Способность суперконденсаторов выдерживать большие импульсные токи снижает токовую нагрузку на автономные источники питания, что позволяет использовать менее мощные источники питания, а также продлевает время работы носимого устройства, особенно в холодное время года. Суперконденсаторы выдерживают практически неограниченное число циклов заряда-разряда, что позволяет использовать их в любых портативных устройствах.

Среди производителей суперконденсаторов лидирующее положение благодаря уникальной нанотехнологии, обеспечивающей наилучшее сочетание высокой удельной энергии и высокой удельной мощности, занимает компания CAP-XX. Суперконденсаторы CAP-XX выполнены в тонких и сверхтонких (толщиной 0,6 мм) корпусах, которые можно разместить в любом свободном месте в корпусе портативного устройства. Эффективность применения суперконденсаторов CAP-XX подтверждена большим количеством экспериментальных исследований, проведенных как специалистами CAP-XX, так и сторонними компаниями. Для упрощения процесса разработки устройств с использованием суперконденсаторов компания CAP-XX предоставляет на своем сайте руководство по применению, а также бесплатные калькуляторы и Spice-модели производимых ею суперконденсаторов.

Оценочная плата P21XXCSR-EVB от Powercast

Вокруг нас работает множество передатчиков информации – начиная с аналоговой радиосвязи и телевидения и заканчивая множеством базовых станций мобильной связи и точек доступа Wi-Fi. Излучаемая ими энергия по сути дела пропадает даром, ведь приемные антенны улавливают лишь мизерную ее часть. А ведь можно собирать эту напрасно пропадающую энергию и питать ею, например, маломощные устройства Интернета вещей. Компания Powercast предлагает оценочную плату P21XXCSR-EVB, с помощью которой можно получать и запасать энергию сигналов радиочастотных систем передачи информации.

На оценочной плате установлены сразу два чипа Powercast – PCC110 и PCC210, рассчитанные на сигналы уровня –6 и –12 дБм соответственно. Оба чипа оптимизированы для диапазона частот 850…900 МГц, в котором они работают с максимальной эффективностью, а в диапазоне 1800…1900 МГц их КПД несколько снижается. Таким образом, плата P21XXCSR-EVB позволяет обеспечивать напряжение для зарядки батарей 2…5,5 В, извлекая энергию из сигналов стандартов GSM-850/900/1800/1900, Wi-Fi 2,4 ГГц, ISM USA и Europe. Для упрощения работы на плате имеются конденсатор емкостью 220 мкФ и суперконденсатор емкостью 50 мФ, а также предусмотрено место под третий конденсатор, который может установить пользователь. Для каждого диапазона частот предназначается отдельный вход, к которому подключается антенна или лабораторный генератор. C помощью переключателей на плате пользователь может задавать рабочий диапазон, выбирать конденсатор, который будет использоваться в качестве хранилища энергии, задавать выходное напряжение преобразователя платы и пороговое напряжение конденсатора, при достижении которого начинается его подзарядка.

CAP_NE_03_17 (1)