Systemdesign / Energy-Harvesting
Temperaturgradienten effizient wandeln
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Lastenabgleich
Bei offenen Energiequellen, wie beispielsweise TEG-Geräten, sollte die Leistungselektronik die maximal mögliche Ausgangsleistung entnehmen. Die Ersatzschaltung in Bild 5 zeigt, dass das geschieht wenn die Last mit dem Thevenin-Äquivalenzwiderstand der TEG-Vorrichtung übereinstimmt.
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Bild 6 zeigt die an der Last abgegebene Leistung in Abhängigkeit vom Lastwiderstand: die maximale Leistung wird immer dann übertragen, wenn der Lastwiderstand mit dem Quellwiderstand übereinstimmt. Fällt der Quellenwiderstand geringer als der Lastwiderstand aus, ist die übertragene Leistung möglicherweise nicht maximal, aber dennoch höher (hier 1,9 mW) als bei einem höheren Quellenwiderstand, der eine abgeglichene Last antreibt (hier 0,8 mW).
Die Wahl eines TEGs mit geringerer Ausgangsimpedanz führt daher zu einer höheren möglichen Ausgangsleistung. Der LTC3108 stellt der Eingangsquelle einen minimalen Eingangswiderstand von ca. 2,5 Ω zur Verfügung. Dies misst den Eingangswiderstand des Umrichters und nicht des ICs. Der Wert liegt im mittleren Bereich der meisten TEG-Quellwiderstände und ist somit eine Referenz für den Lastabgleich.
Mit fallendem VIN an LTC3108 nimmt der Eingangswiderstand zu (Bild 7). Dadurch kann LTC3108 sich einigermaßen gut an TEGs mit unterschiedlichen Quellenwiderständen anpassen. Mit dem relativ geringen Eingangswiderstand des Umrichters ist die Stromaufnahme aus der Quelle lastunabhängig. Bild 8 zeigt als Beispiel, dass der Umrichter bei 100 mV Eingangsspannung etwa 37 mA von der Quelle bezieht. Dieser Eingangsstrom ist nicht mit dem Ruhestrom von 6 µA zu verwechseln, der auf den IC selbst (von VAUX) anfällt.
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