Rf získavanie energie

Po celom svete existuje veľa bezdrôtových zariadení, ktoré ľuďom uľahčujú a uľahčujú život v mnohých ohľadoch, ale na ich používanie je potrebné všetky tieto bezdrôtové zariadenia nabíjať znova a znova. Ale čo ak, na nabíjanie zariadení môžeme použiť tú istú rádiovú frekvenciu, ktorá prenáša údaje. Táto technológia by obmedzila alebo vynechala použitie batérií na napájanie obvodu vo vnútri zariadenia. Cieľom je získať energiu z rádiofrekvencie pomocou antén namiesto generovania energie z pohybu alebo slnečnej energie. Tento článok by sa podrobne venoval získavaniu RF energie.

Ako funguje zber RF energie?

Existuje veľa zdrojov vysokofrekvenčného žiarenia, ale najskôr je potrebné pochopiť, ako prevádzať vysokofrekvenčné žiarenie na energiu alebo elektrinu ? Proces je celkom jednoduchý, je to ako s bežným procesom prijímania signálu z antény. Poďme teda pochopiť proces premeny pomocou jednoduchého diagramu.

Zdroj (môže to byť akékoľvek zariadenie alebo elektronický obvod, ktorý) vysiela RF signály a aplikačný obvod, ktorý má vstavaný obvod na premenu energie, prijíma RF, čo potom spôsobí potenciálny rozdiel po celej dĺžke antény a vytvorí pohyb nabíjať nosiče cez anténu. Nosiče náboja prechádzajú do obvodu konverzie RF na DC, tj. Náboj sa teraz prevádza na jednosmerný prúd pomocou obvodu, ktorý je dočasne uložený v kondenzátore. Potom sa pomocou obvodu na úpravu napájania energia zosilní alebo prevedie na potenciálnu hodnotu, ako to vyžaduje záťaž.

Existuje veľa zdrojov, ktoré vysielajú RF signály, ako napríklad satelitné stanice, rozhlasové stanice, bezdrôtový internet. Akákoľvek aplikácia, ktorá má pripojený obvod na získavanie RF energie, by prijala signál a konvertovala ho na elektrinu.

Proces premeny začína, keď prijímacia anténa prijme signál a spôsobí potenciálny rozdiel po celej dĺžke antény, čo ďalej spôsobí pohyb v nosičoch náboja antény. Tieto nosiče náboja z antény sa presúvajú do obvodu na prispôsobenie impedancie pripojeného cez vodiče. Sieť impedančného prispôsobenia (IMN) zaisťuje, aby bol prenos energie z antény (zdroj RF) do usmerňovača / napäťového multiplikátora (zaťaženia) maximálny. Pre optimálny prenos energie medzi zdrojom a záťažou je impedancia v obvode RF rovnako dôležitá ako odpor v obvode DC.

RF signál prijatý na anténe má sínusový priebeh, tj. Je to striedavý signál a je potrebné ho previesť na jednosmerný signál. Po prechode cez IMN obvod usmerňovača alebo napäťového multiplikátora usmerňuje a zosilňuje signál podľa potreby aplikácie. Usmerňovací obvod nie je polvlnový, plnovlnný alebo mostný usmerňovač, ale naopak je to obvod multiplikátora napätia (špeciálny usmerňovač), ktorý usmerňuje signál a tiež zosilňuje usmernený signál na základe aplikačnej požiadavky.

Elektrická energia prevedená z AC na DC pomocou multiplikátora napätia sa presunie do obvodu riadenia napájania, ktorý na skladovanie elektriny využíva kondenzátor alebo batériu a podľa potreby ju dodáva do záťaže (aplikácie).

Čo sú s

Ako už bolo spomenuté vyššie, existuje veľa zariadení využívajúcich RF signály, to znamená, že by bolo veľa zdrojov na príjem RF signálu na zber energie.

RF zdroje, ktoré možno použiť ako zdroj energie, sú:

• Rozhlasové stanice: Staré, ale hodné, rozhlasové stanice pravidelne vysielajú RF signály, ktoré možno použiť ako zdroj energie.
• Televízne stanice: Aj toto je starý, ale hodný zdroj, ktorý vysiela signály 24/7 a považuje sa za dobrý zdroj energie.
• Mobilné telefóny a základňové stanice: Miliardy mobilných telefónov a ich základňových staníc vysielajú vysokofrekvenčné signály, ktoré sú dobrým zdrojom energie.
• Bezdrôtové siete: Všade existuje množstvo smerovačov Wi-Fi a bezdrôtových zariadení a mali by sa tiež považovať za dobrý zdroj na získavanie energie z RF.

Toto sú hlavné zariadenia na celom svete, ktoré sú hlavnými zdrojmi vysokofrekvenčného žiarenia, ktoré sa dá použiť na zber energie, tj na výrobu elektrickej energie.

Praktické aplikácie zberu rádiovej energie

Niektoré z aplikácií energetického kombajnu využívajúcich RF systém sú uvedené nižšie:

• Karty RFID: Technológia RFID (Radio Frequency Identification) využíva koncept získavania energie, ktorý nabíja svoj štítok prijímaním RF signálu zo samotnej čítačky RFID. Aplikáciu je možné vidieť v obchodných centrách, metroch, na vlakových staniciach, v priemysle, na vysokých školách a na mnohých ďalších miestach.
• Výskum alebo hodnotenie: Spoločnosť Powercast spustila hodnotiacu komisiu - „P2110 Eval board“, ktorú je možné použiť na výskumné účely alebo na hodnotenie niektorých nových aplikácií s ohľadom na požadovanú a prijatú moc a zmeny, ktoré sa majú vykonať po vyhodnotení.

Okrem týchto praktických aplikácií existuje veľa oblastí, kde je možné využiť technológiu zberu energie, napríklad v priemyselnom monitorovaní, poľnohospodárstve atď.

Obmedzenia získavania RF energie

S dobrými aplikáciami a mnohými výhodami existujú aj niektoré nevýhody, ktoré sú spôsobené existujúcimi obmedzeniami v tejto veci.

Takže obmedzenia pre systém získavania RF energie sú:

• Závislosť: Jedinou závislosťou systému na zber energie RF je kvalita prijatých RF signálov. Hodnota RF môže byť znížená v dôsledku atmosférických zmien alebo fyzických prekážok a môže odolávať prenosu RF signálu, čo má za následok nízky výkon ako výstup.
• Účinnosť: Pretože obvod je zložený z elektronických súčiastok, ktoré časom stratia funkčnosť a pri nesprávnej zmene vykazujú zlé výsledky. Vo výsledku by to ovplyvnilo efektívnosť systému ako celku a poskytlo by nesprávny výstup na oplátku.
• Zložitosť: Prijímač systému je potrebné navrhnúť na základe jeho aplikácií a obvodu napájania, čo ho komplikuje pri jeho zostavovaní.
• Frekvencia: Akýkoľvek obvod alebo zariadenie, ktoré je určené na príjem RF signálu na zber energie, môže byť navrhnuté tak, aby fungovalo iba v jednom frekvenčnom pásme a nie vo viacerých. Je teda obmedzené iba na toto pásmové spektrum.
• Doba nabíjania: Maximálny výstupný výkon pri premene je v miliwattoch alebo mikrowattoch. Takže potrebný výkon aplikácie by bol potrebný na výrobu dlho.

Okrem týchto obmedzení má získavanie energie pomocou rádiofrekvencie (RF) mnoho výhod, vďaka ktorým má uplatnenie v automatizačnom priemysle, poľnohospodárstve, IOT, zdravotníctve atď.

Na trhu dostupný hardvér na získavanie RF energie

Hardvér dostupný na trhu, ktorý podporuje zber rádiofrekvenčnej energie, je:

• Powercast P2110B: Spoločnosť Powercast uviedla na trh model P2110B, ktorý je možné použiť na hodnotenie aj na aplikačné účely.

• Aplikácie:
  • Bezdrôtové snímače bez batérie
    • Priemyselné monitorovanie
    • Inteligentná sieť
    • Obrana
    • Automatizácia budov
    • Ropa a plyn
  • Dobíjanie batérie
    • Mincové bunky
    • Bunky tenkého filmu
  • Elektronika s nízkym výkonom

• Vlastnosti:
  • Vysoká účinnosť premeny
  • Prevedie nízkoúrovňové RF signály umožňujúce použitie na veľké vzdialenosti
  • Výstup regulovaného napätia do 5.
  • Výstupný prúd až 50 mA
  • Indikátor sily prijatého signálu
  • Široký prevádzkový rozsah RF
  • Prevádzka až do -12 dBm
  • Externe resetovateľné pre mikroprocesorové riadenie
  • Rozsah priemyselných teplôt
  • V súlade so smernicou RoHS

• Powercast P1110B: Podobne ako model P2110B, aj Powercast P1110B má nasledujúce funkcie a aplikácie.

• Vlastnosti:
  • Vysoká účinnosť premeny,> 70%
  • Nízka spotreba energie
  • Konfigurovateľný výstup napätia na podporu nabíjania lítium-iónových a alkalických batérií
  • Prevádzka od 0 V na podporu nabíjania kondenzátora
  • Indikátor sily prijatého signálu
  • Široký prevádzkový rozsah
  • Prevádzka až do -5 dBm vstupného výkonu
  • Rozsah priemyselných teplôt
  • Vyhovuje smernici RoHS

• Aplikácie:
  • Bezdrôtové senzory
    • Priemyselné monitorovanie
    • Inteligentná sieť
    • Monitorovanie štrukturálneho zdravia
    • Obrana
    • Automatizácia budov
    • poľnohospodárstvo
    • Ropa a plyn
    • Služby orientované na polohu
  • Bezdrôtová spúšť
  • Elektronika s nízkym výkonom.

Jedná sa o dve zariadenia na zber energie založené na RF, ktoré sú dostupné na trhu a sú vyvinuté spoločnosťou Powercast.

Využitie získavania RF energie v aplikáciách IOT

S rastúcou popularitou internetu vecí (IoT) v automatizácii elektronických zariadení sa vyvíjajú aplikácie internetu vecí pre domácnosti a priemyselné odvetvia, ktoré by potenciálne mohli zostať napájané roky čakajúce na spustenie. Vďaka schopnosti získavať energiu môžu také zariadenia doslova vyťahovať energiu zo vzduchu na dobíjanie vlastných batérií alebo zbierať dostatok energie z prostredia, takže batéria nemusí vyžadovať žiadny externý zdroj napájania. Takéto senzory s vlastným napájaním sa dnes bežne označujú ako „ nulový výkon“.bezdrôtové snímače pre ich schopnosť poskytovať údaje zo snímačov priamo v cloude IoT pomocou bezdrôtovej brány bez zjavného zdroja energie. Získavaním energie z dostupných zdrojov RF energie je možné vyvinúť novú generáciu bezdrôtových zariadení s veľmi nízkym výkonom (ULP), ako sú snímače IoT, pre aplikácie s nízkou údržbou, ako je napríklad diaľkové monitorovanie.

Získavanie energie sa považuje za „sprievodnú“ technológiu bezdrôtovej komunikácie, pretože umožňuje predĺžiť výdrž batérie pre mobilné zariadenia a prípadne prevádzku bez batérií pre niektoré elektronické zariadenia.