Avnet Abacus
Energy Harvesting als Wegbereiter für drahtlose Sensornetze
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
"Wandler liefern Strom, speichern aber keine Energie"
Energy-Harvesting auf Basis eigenständiger drahtloser Sensorknoten kann kosteneffektiv und bequem sein, denn, so Bosoni: »Energy-Harvesting räumt eines der Haupthindernisse zur Ausbreitung von drahtlosen Knoten aus dem Weg: die Stromversorgung.«
Leistungseffiziente Energiemanagement-Schaltkreise müssen die Ausgangsleistung des Wandlers konditionieren, Energie speichern und den Funksensor mit Strom versorgen. »In den meisten Umgebungen kann man sich nicht unter allen Umständen darauf verlassen, dass ein Strom produzierender Wandler die Last auch kontinuierlich mit Strom versorgt«, gibt Bosoni zu bedenken.
Zwar liefern alle Wandler mit einer gewissen Amplitude und Regelmäßigkeit Strom, speichern jedoch keine Energie. Fällt die Stromquelle aus, ist ohne Energiespeichervorrichtung keine Leistung zur Versorgung der Last vorhanden. Ferner liefern die Wandler meist die Leistung nicht mit der für den Betrieb des elektronischen Systems benötigten Spannung. »Deshalb ist die Konditionierung der Wandler entscheidend«, betont Bosoni, »um die Ausgangsleistung für den Betrieb von Prozessor und Sensor optimal nutzen zu können«. Ohne Energiespeicher ist es insbesondere schwierig bzw. unmöglich, die Impulsleistung abzugeben, die man für den Antrieb des Senders braucht. Herkömmliche wiederaufladbare Energiespeicher wie Superkondensatoren und Knopfzellen haben gravierende Einschränkungen in Bezug auf den Lade-/Entladezyklus, die Selbstentladung, den Ladestrom und die Spannungsanforderungen.
Ein Energieprozessor wie der »EnerChip EP CBC915«, ebenfalls von Cymbet, übernimmt die Energieumwandlung und -speicherung und das Last-Energiemanagement für einen drahtlosen Sensor. Mit Hilfe von MPPT (Maximum Peak Power Tracking) kann der Energieprozessor durch die Emulation der Wandlerimpedanz die Wandlerleistung sehr effizient umsetzen. Der Energieprozessor koordiniert die gesamte Ablaufsteuerung nach dem Einschalten, selbst bei einem stromlosen Start mit völlig entladenem System. Außerdem gibt er Informationen über den Leistungs- und Energiestatus an den Mikrocontroller weiter, damit das System sozusagen »energiebewusst« wird. Evaluieren kann der Entwickler den EnerChip-EP-Energieprozessor und EnerChip-Solid-Sate-Batterien im Energy-Harvesting-Kit EVAL-09. Es lässt sich mit jedem Typ von Energy-Harvesting-Wandler verbinden, konvertiert und speichert die gewonnene Energie und führt einem Zielsystem eine geregelte Ausgangsspannung zu.
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