意法半導體(紐約證券交易所代碼:STM)與德國專業研發新型薄膜熱電元件的Micropelt公司發佈一款雙方合作研發的自主式無線感測器評估套件。這款名爲TE-Power NODE的評估套件整合了Micropelt的熱電式發電機和意法半導體的EnFilm™ 固態薄膜電池,以蓄電池的形式提供備用電源和脈衝電流。電源管理和電量監測電路透過2.4 GHz無線介面連接評估套件內的繪圖用戶介面軟體。
能量收集(energy harvesting)是指將如振動、熱能或光束等閒置資源轉化成有用的電能,也是免電池維護的大樓自動發電無線感測器的重要部分。無線感測器網路用於工廠自動化、狀況監測以及智慧型建築領域嚴然已是當今市場的發展趨勢。這些無線感測器網路爲用戶帶來直接的優勢,包括節省昂貴的感測器線纜,可以在過去無法進入的地點輕鬆安裝無線感測器,以真正的「智慧型環境」方法在每一個有用的測量點安裝大量感測器。無線感測器可測量溫度、壓力或振動等參數,並將測量到的數據透過無線網路發送到一個控制或監測系統。這些資料可用於提升製程控制和能源管理的效率、降低維護成本以及提高建築物的能效。
新款評估套件的核心元件是一個利用物理現象席貝克效應(Seebeck effect) 的熱電發電機(Thermoelectric Generator,TEG)。在熱電式發電機內,溫差在熱電微型結構層上産生熱通量,然後熱通量被轉化成電能。熱電式發電機可將10°C的有效溫差轉化成1.4V的電壓。Micropelt的客制化功率調節電路可將這個電壓轉換成電源,爲無線感測器節點提供電力,並利用多餘的熱能爲電池充電。在TE-Power NODE評估套件內,Micropelt 的 MPG-D751熱電式發電機位於實心鋁基板與散熱片之間。基板被貼裝在適合的熱源上,因此散熱片的散熱效應可以在嵌入式熱電式發電機上産生溫差。
Micropelt執行長 Fritz Volkert表示:「熱能收集技術具有巨大的應用潛力,能夠利用閒置的熱量發電,實現幾乎無限自主式能源。作爲全球最大的電源管理晶片廠商,意法半導體是我們最佳化先進的熱能收集技術的首選合作夥伴。」
進階型TE-Power NODE評估套件所使用的充電電池是意法半導體的 EFL700A39 EnFilm™薄膜固態電池,這個經UL1642認證的700微安培–小時(microamp-hour)充電電池可輸出高脈衝峰值電流(最高達10mA),在無線感測器節點與網路通訊期間爲感測器提供電能。當評估套件的基板與熱源接觸時,Micropelt熱電式發電機開始爲系統提供電能,然後爲EnFilm電池充電。當移開熱源時,熱電式發電機停止熱電轉換,只有 EnFilm電池爲無線感測器供電。熱電式發電機與EnFilm電池整合可消除熱供應中斷的影響,爲所連接的無線系統提供幾乎永久性的電源。
意法半導體設計的電池電路板包含EnFilm電池以及監控充電和能量平衡的電路。電路板整合了針對超低功耗作業環境設計的BiCMOS線性穩壓器(STLQ50)和用於監測電池電壓、電流以及溫度的STC3100電池管理晶片。該電路並整合一個記錄充電/放電狀態的Coulomb計數器。
意法半導體部門副總裁暨ASD&IPAD產品事業部總經理Ricardo de Sa Earp表示:「無所不在的監控和高智慧型控制應用的發展需要以最高的能效利用現有環境資源的再生能源。憑藉著意法半導體領先全球的電源管理技術,成為像Micropelt一樣的創新公司的理想合作夥伴,可確保新型能源收集技術以最低的成本實現最佳的性能和可靠性。」
該評估套件內建Micropelt設計的感測器模組,用於建立電源管理晶片與TE-Power SCOPE繪圖用戶介面之間的超低功耗無線鏈路。該軟體顯示並記錄基本的熱電系統參數,包括連續測量的熱電式發電機與 EnFilm之間的功率差,還可以讓用戶在一個目標應用中測量EnFilm蓄電的熱能收集器的性能,簡化系統設計並加快産品上市時間。
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