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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.

Bild 5: Vereinfachtes Schema einer Spannungsquelle zum Antrieb einer Ohmschen Last
Bild 5: Vereinfachtes Schema einer Spannungsquelle zum Antrieb einer Ohmschen Last
© Analog Devices

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).

Bild 6: Ausgangsleistung einer Quelle in Abhängigkeit von der Belastbarkeit
Bild 6: Ausgangsleistung einer Quelle in Abhängigkeit ihrer Last
© Analog Devices

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.

 

Bild 7: Eingangswiderstand vs. V_IN für LTC3108-Schaltung
Bild 7: Eingangswiderstand vs. VIN für LTC3108-Schaltung
© Analog Devices
Bild 8: Eingangsstrom vs. V_IN für den LTC3108-Schaltkreis
Bild 8: Eingangsstrom vs. VIN für den LTC3108-Schaltkreis
© Analog Devices

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.


  1. Temperaturgradienten effizient wandeln
  2. Integrierte Schaltungen zur Energieernte
  3. Lastenabgleich
  4. TEG-Auswahl zur Stromerzeugung
  5. Lastabgleich am Sensorknoten
  6. Solarenergie

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