EM8500 – Inteligentní správa napájení bez kompromisů [1]

Zdroje energie a napájecí zdroje pro moderní elektroniku a vaše aplikace – mohlo by se zdát, že v této oblasti je již vše vymyšleno, vyvinuto a o napájení elektronických zařízení už není třeba se moc starat. Opak je však pravdou. Dnes již nevystačíme s jednoduchými zdroji napájení a klasickými zdroji energie. Stále větší a větší důraz je kladen na minimalizaci spotřeby energie elektronických přístrojů a v dnešní době, kdy je stále více a více přístrojů odkázáno pouze na napájení z baterií nebo nabíjecích akumulátorů, je nutností i použití stále dokonalejších systémů, které napájení této elektroniky řídí a kontrolují.

 

 

Obr. 1 Obvod EM8500 – základní použití

Stále častěji se také v této oblasti setkáváme s pojmy „Harvesting – Storage – Supply“ [1], tedy získáváním energie z nových, alternativních zdrojů [2], jejím skladováním a nakonec samozřejmě jejím dodáváním vlastním elektronickým obvodům. A zde narážíme na problém, jak pokud možno jednoduše, úsporně a především inteligentně energii z nových alternativních zdrojů získat, ukládat, řídit a kontrolovat tak, aby byla připojená elektronika za všech okolností a ve všech pracovních režimech energií dostatečně zásobována, ale současně aby její spotřeba byla pokud možno co nejnižší a doba, po kterou budou přístroje pracovat, co nejdelší.

Obr. 2 Obvod EM8500 – pouzdro QFN24

Většinu těchto úskalí, s kterými se při návrhu napájení můžeme setkat, řeší zcela nový integrovaný obvod z produkce švýcarské firmy EM Microelectronic – EM8500. Ten nabízí kompletní správu a kontrolu napájení z nových alternativních zdrojů energie a současně velmi inteligentní řízení toku této energie s využitím nejen klasických primárních článků, ale především různých typů sekundárních článků, tedy akumulátorů, případně speciálních „super kapacitorů“ (Super-cap). Umožňuje konstruktérům nových, moderních elektronických zařízení soustředit se pouze na vývoj jejich vlastních funkcí a nestarat se o detaily týkající se návrhu jejich napájení.

Základní vlastnosti obvodu EM8500

Obvod EM8500 zajišťuje integrované řešení řízení a kontroly napájení pro aplikace s velmi nízkou spotřebou. Je schopen současně spolupracovat s širokým spektrem primárních zdrojů energie i sekundárních zdrojů energie, jako jsou například různé typy nabíjecích akumulátorů, speciálních i standardních kondenzátorů, a optimálně spolupracovat s různými typy alternativních vstupních zdrojů, především fotovoltaických panelů – solárních zdrojů napětí a termoelektrických generátorů (TEG). Velký důraz je rovněž kladen na velmi rychlou dobu náběhu celého systému (start-up) v okamžiku, kdy je hlavní zdroj energie (Long Term Storage – LTS) zcela vybitý nebo nedostatečně napájen, a to s pomocí dalšího zdroje energie, který je schopen tyto krátkodobé požadavky na napájení systému pokrýt (Short Term Storage – STS).

Pokud je v napájecím systému používán nenabíjecí článek – primární baterie, pak integrovaná jednotka řízení napájení dokáže s pomocí připojeného alternativního zdroje napětí prodloužit dobu života primární baterie.

V obvodu EM8500 je integrován speciální konvertor, který umožňuje „nastartovat“ jeho základní funkce již při vstupním napětí zdroje od 300 mV a poté pracovat i se vstupním napětím alternativního zdroje energie od 100 mV.

Obvod EM8500 disponuje celkem čtyřmi nezávislými napěťovými výstupy a samozřejmě také „sleep módem“, což umožňuje maximálně efektivní řízení toku energie do jednotlivých částí napájeného zařízení a inteligentní vypínání jeho nepoužívaných bloků.

Nabízí také přímé připojení k externímu zdroji energie pomocí USB pro zajištění co nejrychlejšího nabití hlavního, dlouhodobého zdroje energie (LTS).

Vestavěná kontrolní jednotka zajišťuje kontrolu minimálního a maximálního napájecího napětí, aby nedošlo k poškození hlavního zdroje energie (LTS). Výstupní napětí jsou samozřejmě regulována na úroveň vhodnou pro připojená elektronická zařízení.

Unikátní vlastnosti obvodu EM8500

– „Energy harvesting“ z různých zdrojů (solar, TEG)

– Inteligentní rozhraní mezi „harvesting“ a akumulačními komponenty

– Efektivní využití solárních článků pro nabíjení již při vnitřním osvětlení

– Minimální vstupní pracovní napětí/energie 100 mV / 1 μW

– Minimální vstupní startovací (start-up) napětí/energie 300 mV / 3 μW

– Typický klidový proud do 125 nA

– Dvojitý systém hlavního zdroje energie (dual storage) pro rychlý náběh systému (fast start-up)

– Režim velmi nízké spotřeby (sleep mode), pokud není dostupná energie na vstupu obvodu

– Integrovaná konfigurační paměť EEPROM, SPI a I2C interface

– Alternativní systém rychlého nabíjení pomocí připojení k USB

– Měření intenzity osvětlení solárního článku – luxmetr

 

Typické příklady aplikací, kde může být obvod využit obvod EM8500:

– Zařízení napájená pomocí „energy harvesting“ zdrojů

– Nositelná (wearable) elektronika

– Majáky (beacons) a bezdrátové senzory (aplikace pro IoT)

– Počítačové periferie

– Bateriově napájené systémy pro bezdrátovou komunikaci

 

www.asicentrum.cz