CBC - EVAL - 09 EnerChip EP通用能量收集評估套件：開啟能量收集應用新征程

在當今對能源效率和可持續(xù)性要求日益提高的時代，能量收集技術成為了電子工程師關注的焦點。CBC - EVAL - 09 EnerChip EP通用能量收集評估套件為設計師們提供了一個強大的工具，能夠快速開發(fā)能量收集應用。下面，我們就來詳細了解一下這個評估套件。

文件下載：CBC-EVAL-09.pdf

一、套件概述

CBC - EVAL - 09是一款通用能量收集（EH）評估套件，它將多種EH換能器中的任意一種與EnerChip? EP CBC915 - ACA能量處理器以及EnerChip CBC51100 100uAh固態(tài)電池模塊相結合。該模塊由兩個50μAh的EnerChip固態(tài)電池并聯(lián)而成。套件隨附一個太陽能電池，用于初始測試。其目的是讓設計師能夠快速開發(fā)能量收集應用。

二、系統(tǒng)特性與新技術進展

（一）特性

1. 多種換能器兼容性：可以使用任何類型的EH換能器，這大大拓展了能量收集的來源，無論是太陽能、熱能、機械能等都能適配。
2. 高效能量處理器：EnerChip能量處理器采用高能效的最大功率點跟蹤（MPPT）算法，能夠精準地找到換能器輸入的最大功率點，提高能量轉換效率。
3. 固態(tài)電池儲能：當EH換能器不工作時，EnerChip固態(tài)電池可以存儲能量，確保系統(tǒng)在沒有能量輸入時仍能正常工作。

（二）新技術進展

這些特性的結合使得CBC - EVAL - 09在能量收集領域具有顯著的優(yōu)勢。大家可以思考一下，這種多種換能器兼容的設計，對于不同應用場景下的能量收集有哪些具體的好處呢？

三、評估套件功能模塊詳解

（一）功能模塊框圖

評估套件的功能模塊在其框圖中有清晰的展示，下面對各個模塊進行詳細解釋。

（二）各模塊功能

1. 輸入模塊
   • DC IN：低于4.06V DC的能量收集換能器輸入，通常連接光伏電池。
   • AC IN：低于4.06V AC的能量收集換能器輸入，例如來自流量收集器的電磁輸入。
   • HV DC IN：4.06V DC至20VDC的能量收集恒阻抗換能器輸入，常見的有光伏電池或更高電壓的熱電發(fā)電機。
   • HV AC1 IN和HV AC2 IN：4.06V DC至20V AC的能量收集換能器輸入，一般用于壓電振動收集器。如果兩個壓電梁在同一換能器單元中機械耦合，其兩個輸出可以分別連接到HV AC1和HV AC2。
2. 轉換模塊
   • 橋式整流器：將AC輸入或HV AC輸入從交流轉換為直流。
   • 升壓轉換器：將DC IN或AC IN電壓升壓至4.06V。
   • 低壓電荷泵（2個）：用于啟動CBC915能量處理器。
   • 反激式降壓轉換器：將HV DC IN或HV AC1 IN/HV AC2 IN降至4.06V。
3. 核心模塊
   • 能量處理器：EnerChip EP CBC915找到EH換能器輸入的最大功率點。
   • 換能器輸入電壓選擇和感應開關：監(jiān)測所有輸入電壓并連接到能量處理器。
4. 儲能與管理模塊
   • EnerChip CBC51100固態(tài)電池模塊：由兩個EnerChip 50uAh固態(tài)電池（CBC3150和CBC050）組成，用于能量存儲。
   • 低壓切斷電路：當EnerChips上的電壓低于3.0VDC時，該電路會斷開電池連接，防止電池進一步放電。
   • 能量管理開關矩陣：控制Vout到系統(tǒng)負載的路由，用戶可選擇開關指示EH換能器輸入到電壓輸出。
5. 通信模塊
   • 串行I/O：這兩條通信線路將能量處理器連接到另一個微控制器，例如eZ430 - RF2500演示套件無線終端設備上的TI MSP430 MCU，該設備可插入連接器J9。

四、模塊連接器與開關

（一）連接器

評估套件有多個連接器，每個連接器都有特定的功能和用途。

1. 輸入連接器：如J18（低壓DC輸入）、J19（低壓AC輸入）、J15（高壓DC輸入）、J16（高壓AC輸入1）、J17（高壓AC輸入2）等，用于連接不同類型的換能器。
2. 其他連接器：J3、J4用于EnerChip EP引腳的探測點和訪問過孔；J5、J6是評估套件的調試接口連接器；J7、J12可用于連接可選的外部可充電鋰電池；J9、J10為用戶提供串行端口、Vout和接地的連接。

（二）測試點

測試點用于監(jiān)測電路中的關鍵電壓，如TP1（4.06V）、TP2（EPVCC）、TP6（VCAP）等，方便工程師進行調試和故障排查。

（三）開關

有3個DIP滑塊開關用于選擇能量收集換能器輸入到板載電路的其他部分。需要注意的是，任何時候只能連接一個EH換能器，不支持組合換能器輸入。大家在實際操作中，一定要根據(jù)自己使用的換能器類型正確設置開關哦。

五、模式查詢開關與LED模式指示

（一）開關與指示燈功能

評估套件上的按鈕開關S2用于顯示能量轉換狀態(tài)和充電狀態(tài)，通過3個LED指示燈來指示3種模式。

1. MPPT LED：最大功率點跟蹤指示燈，當能量處理器調整輸入阻抗以匹配換能器阻抗時閃爍?？赏ㄟ^按住S2同時連接EH換能器來強制進入MPPT狀態(tài)。
2. 輸出保持電容充電LED：指示用于為目標負載保持輸出電荷的電容正在充電。
3. EnerChip充電LED：指示EnerChip設備正在充電。

（二）充電序列與狀態(tài)控制

當能量處理器完成MPPT、電容充電和EnerChip充電序列后，三個LED會閃爍1毫秒。在正常運行狀態(tài)下，按下按鈕S2，三個LED也會閃爍1毫秒。此外，通過長按S2 10秒可以實現(xiàn)輸出功率的斷開和重新連接。

六、推薦的能量收集換能器

（一）熱電發(fā)電機（TEGs）

有多家供應商提供熱電發(fā)電機，如MicroPelt的MPG - D651或MPG - D671，以及Nextreme的eTEG HV56功率發(fā)生器。這些熱電發(fā)電機已經在CBC - EVAL - 09上得到驗證。

（二）壓電發(fā)電機

Mide的V20W、V25W等型號，以及Advanced Cerametrics的PFCB - W14等型號的壓電發(fā)電機都能與評估套件兼容。

（三）其他能量收集發(fā)電機

全球的公司和大學正在不斷推出新的環(huán)境能量收集解決方案。如果您有相關的想法或解決方案，可以聯(lián)系Cymbet應用工程部門進行討論。

七、操作特性

評估套件的操作特性涵蓋了輸入光強、輸出功率、工作電壓、靜態(tài)電流、充電電壓等多個方面。例如，使用提供的光伏面板時，最小工作光強為200 Lux，全充電速率為700 Lux；在不同光強下，平均連續(xù)輸出功率也有所不同。這些參數(shù)為工程師在設計應用時提供了重要的參考依據(jù)。大家在實際應用中，要根據(jù)具體的需求和環(huán)境條件來合理選擇和使用評估套件哦。

八、電路原理圖與物料清單

（一）電路原理圖

評估套件的電路原理圖詳細展示了各個模塊之間的連接關系和工作原理，為工程師進行深入的電路分析和優(yōu)化提供了基礎。

（二）物料清單

物料清單列出了評估套件主板上的所有組件，包括電阻、電容、二極管、MOSFET、IC等，每個組件都有具體的型號和參數(shù)。這對于工程師進行物料采購和電路維護非常有幫助。

九、常見問題解答

（一）輸入功率與充電問題

如果想知道EH換能器的輸入功率是否足夠為EnerChip電池充電，可以通過監(jiān)測TP2（EPVCC）測試點的電壓來判斷。如果電壓能從2.5V上升到約3.5V，且MPPT LED閃爍，則表示有足夠的能量。

（二）輸出短路問題

當輸出短路時，斷開電路會在電容放電至3.0V以下后斷開EnerChip設備與輸出的連接，防止電池過放電。電容重新充電后，EnerChip設備會自動重新連接。

（三）大脈沖電流應用問題

對于需要運行較大脈沖電流的應用，可以參考應用筆記AN - 1025，該筆記描述了如何計算輸出電容組的大小。

（四）EnerChip短路問題

EnerChip短路不會爆炸或泄漏有害化學物質，因為其中沒有有害化學物質，且儲能單元不會爆炸。

（五）無環(huán)境光運行時間問題

CBC - EVAL - 09模塊在無環(huán)境光下的運行時間取決于負載功率消耗、EnerChip的充電狀態(tài)、工作溫度等因素。

（六）模塊使用壽命問題

如果每天使用且大部分時間有輸入功率，CBC - EVAL - 09模塊至少可以使用10年。

（七）EnerChip自放電問題

EnerChip的自放電是多個參數(shù)的函數(shù)，自放電規(guī)格可以在產品數(shù)據(jù)表中找到。

（八）EnerChip長期放電問題

將EnerChip置于放電狀態(tài)不會對其性能造成損害。

（九）VOUT無電壓問題

如果VOUT沒有電壓，需要確保有足夠的輸入功率來操作CBC3150電荷泵，并且輸出沒有短路。

（十）EnerChip過放電保護問題

CBC - EVAL - 09有切斷電路，可以防止EnerChips因過放電而損壞。但反復在深度放電時觸發(fā)切斷電路會導致容量過早衰減和產品壽命縮短。

（十一）啟動時間與最大功率點查找問題

為了減少EVAL - 09的啟動時間和CBC915找到最大功率點的時間，可以采用預充電EnerChips或使用電荷泵等方法。同時，減少輸入信號的噪聲也有助于提高CBC915找到最大功率點的速度。

十、總結

CBC - EVAL - 09 EnerChip EP通用能量收集評估套件為電子工程師提供了一個全面的能量收集解決方案。通過其豐富的功能、靈活的換能器兼容性和詳細的操作指南，工程師可以快速開發(fā)出高效、可靠的能量收集應用。在實際應用中，工程師需要根據(jù)具體的需求和環(huán)境條件，合理選擇換能器、優(yōu)化電路設計，并注意電池的保護和系統(tǒng)的功率管理。希望大家在使用這個評估套件的過程中，能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，創(chuàng)造出更多有價值的能量收集應用。

以上就是關于CBC - EVAL - 09 EnerChip EP通用能量收集評估套件的詳細介紹，大家在實際應用過程中遇到任何問題，都可以隨時交流探討。