16 abril 2013

Últimos avances en Energy Harvesting

La energía está alrededor de nosotros en fuentes tales como la solar, electromagnética, piezo-eléctrica, o térmica. Mediante “harvesting” las firmas de ingeniería pueden desplegar un número creciente de tecnologías sensoras. Tales aplicaciones incluyen dispositivos de supervisión médica, monitores de aeronaves, monitores de automoción, y monitores remotos para fuentes de gas y energía. Para ayudar a energy harvesting a incrementar su huella global, se están se están aplicando a un gran número de aplicaciones que van desde circuitos integrados a componentes pasivos.


Ejemplos pueden verse en “Energy Harvesting Solution to Go” kit de Energy Micro (www.energymicro.com), Linear Technology (www.linear.com), y Würth Elektronik (www.we-online.com). Las dos partes básicas de este kit son un energy-harvesting board y el Giant Gecko starter kit. Ambos elementos contienen componentes pasivos de Würth Elektronik, Würth´s WE-EHPI power inductors derivan su eficiencia de una resistencia óhmica baja de cada devanado además de un núcleo especialmente desarrollado para ambientes agresivos. La supresión eficiente de interferencias electromagnéticas se consigue añadiendo perlas de ferrita en dispositivos montados en superficie en cada contacto plug.

El multisource energy-harvesting board tiene cuatro convertidores de frecuencia de Linear Technology, que están optimizados para las diferentes fuentes de energía. Por ejemplo, el LTC3588 se ofrece para fuentes de corriente alterna a 20 V, tales como los generadores de energía inductiva y piezoeléctrico. El Giant Gecko Starter kit contiene el microcontrolador EFM32. También incluye una unidad de microcontrolador ARM Cortex M3 (MCIJ) con velocidad 48 Mhz, memoria flash de 1024 kByte; memoria flash de 128 kByte; USB, control de display de cristal líquido y más.

Con estos componentes, este kit ofrece un punto de partida sólida para soluciones de energy-harvesting. Un sensor detecta y cuantifica cualquier número de parámetros ambientales requeridos en la aplicación, mientras que un transductor de energy-harvesting convierte alguna forma de energía ambiental en electricidad. Adicionalmente, un módulo de gestión de potencia es necesario para canalizar la energía, regular el suministro de voltaje, e implementar la gestión de almacenamiento de energía requerido por el nodo del sensor. Un MCU gestiona la señal desde el sensor y comunica con el enlace de radio. Finalmente, un enlace de radio con o sin función de receptor wakeup de RF es requerido en el nodo del sensor.

Las soluciones de Energy-harvesting colocan demandas únicas y exigentes en todos sus componentes – por ejemplo, demandando eficiencia de muy alta potencia. El microcontrolador y radio debe operar en modo baja potencia cuando sea posible en orden de maximizar la vida útil de la fuente de potencia.

Hay también necesidad para los microprocesadores de poder moverse rápidamente de modos dormir profundo a idle y activo. Esta capacidad reduce el consumo de corriente entre transiciones de transmisión y recepción y, en último término, el uso de potencia. La clave para una arquitectura de radio más eficiente es disminuir la energía requerida para transmitir y recibir paquetes de información. Los sistemas Energy-harvesting también requieren radios del ratio de error del paquete inferiores, que eliminan teniendo que transmitir paquetes de información, por lo tanto reduciendo la cantidad de energía proporcionada por el energy harvester.

Estos asuntos surgen debido al makeup de la mayoría de las redes de sensores inalámbricas. Por ejemplo, la mayoría de las redes dependen de ciclos pesados para conservar la potencia y restringir el uso del espacio de radio. Esto genera picos en el perfil del consumo de corriente del sensor. El consumo de corriente pico en el transductor de radio reduce las restricciones en el suministro de potencia de la red inalámbrica.

El estado de Enegy Harvesting de RF

Por su parte, las soluciones energy-harvesting RF están actualmente empezando a desarrollarse y hay necesidad de realzar el rendimiento. 

Los sistemas energy-harvesting RF se necesitan en numerosas aplicaciones de rendimiento. Solar harvesters, a lo largo del tiempo continúan mejorando su eficiencia de forma que expanden su uso en aplicaciones de interior y exterior.

Como energy harvesting RF encuentran este camino, otras soluciones de energy-harvesting están ya extendiendo su alcance.

Nuevas soluciones están comenzando a aparecer, reforzando este punto. El AS3953 NFiC (Near Field Communications interface Chip) de ams AG proporciona una interface de alta tasa de datos entre un dispositivo NFC, tal como un smartphone, y cualquier microcontrolador host con una Serial Peripheral Ineterface (SPI) estándar. Debido a que opera en energy harvested de emisiones RF de un lector NFC, no requiere fuente de potencia externa y como máximo un condensador externo. El AS3953 se caracteriza por un interruptor wake-up configurable, que permite un diseño del sistema de potencia cero mientras está apagado.

Otras promesas recientes resuelven el problema de detección de localización interior a largo plazo. Guidepost Cell usa el protocolo inalámbrico IEEE 892.11. Este sistema suministra infraestructura de detección de localización interior preciso con datos posicionales para smartphones y otros dispositivos móviles.
                                                                                                                                                                                            
Bibliografía:

Energy Harvesting is Ready for the Big Time. MicroWaves & RF. November 2012
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