В ерата на Интернет на нещата (IoT) търсенето на електроенергийни вградени енергийни системи скочи. Като доставчик на вградена електроенергия, разбирам критичната роля, която тези системи играят за осигуряване на безпроблемната работа на IoT устройства. В тази публикация в блога ще споделя някои ключови стратегии и съображения за проектиране на електроефективна вградена система за захранване за IoT устройства.
Разбиране на изискванията за мощност на IoT устройства
Преди да се потопите в процеса на проектиране, е важно да имате ясно разбиране на изискванията за мощност на IoT устройства. IoT устройствата се предлагат в различни форми и размери, с различни функционалности и профили на консумация на енергия. Някои устройства, като интелигентни сензори, могат да работят с ниска мощност за продължителни периоди, докато други, като индустриални IoT шлюзове, може да изискват повече мощност за обработка на обработка на данни и комуникационни задачи.
За да проектираме електроефективна вградена система за електроенергия, трябва да анализираме моделите на консумация на енергия на IoT устройства при различни работни условия. Това включва идентифициране на пиковите изисквания за мощност, средната консумация на енергия и консумацията на мощност в режим на готовност. Разбирайки тези изисквания, можем да изберем подходящите компоненти на захранването и да проектираме система за захранване, която отговаря на нуждите на устройството, като в същото време минимизира енергийните отпадъци.
Избор на правилните компоненти на захранването
Една от най-критичните стъпки при проектирането на вградена захранваща система за електроенергия е избирането на правилните компоненти на захранването. Това включва захранвания, регулатори на напрежението и устройства за съхранение на енергия.
Захранвания
Що се отнася до захранващите устройства за IoT устройства, има няколко опции, включително линейни захранвания, превключване на захранването и6kW комуникационно захранване. Захранването на превключване често е предпочитаният избор за IoT устройства поради високата им ефективност и компактния размер. Те могат да преобразуват входното напрежение в желаното изходно напрежение с минимална загуба на енергия, което ги прави идеални за устройства с батерия.
Регулатори на напрежението
Регулаторите на напрежението се използват за поддържане на стабилно изходно напрежение, независимо от промените във входното напрежение или тока на натоварването. Има два основни типа регулатори на напрежението: линейни регулатори и регулатори за превключване. Линейните регулатори са прости и евтини, но са по -малко ефективни от превключването на регулаторите, особено когато има голяма разлика между входните и изходните напрежения. Регулаторите на превключването, от друга страна, са по -сложни, но предлагат по -висока ефективност и могат да се справят с по -широк диапазон от входни напрежения.
Устройства за съхранение на енергия
Устройствата за съхранение на енергия, като батерии и суперкондензатори, са от съществено значение за IoT устройства, които изискват резервно захранване или трябва да работят в области с ограничен достъп до захранващата мрежа. Когато избирате устройство за съхранение на енергия, е важно да се вземат предвид фактори като плътност на енергията, ефективност на заряда/изпускане и живот на цикъла. Литиево-йонните батерии са популярен избор за IoT устройства поради високата им енергийна плътност и живота на дългия цикъл.
Прилагане на техники за управление на захранването
В допълнение към избора на правилните компоненти на захранването, прилагането на техники за управление на захранването е от решаващо значение за проектирането на вградена система за захранване. Ето някои общи техники за управление на захранването, които могат да се използват в IoT устройства:
Режими на сън
Повечето IoT устройства прекарват значително време в режим на готовност или сън, където консумират много малко мощност. Чрез внедряване на режимите на сън можем да намалим общата консумация на енергия на устройството и да удължим живота му на батерията. Режимите на сън могат да бъдат реализирани на хардуерно ниво, например чрез поставяне на микроконтролера в състояние с ниска мощност или на софтуерно ниво, например чрез изключване на ненужни периферни устройства.
Динамично напрежение и мащабиране на честотата (DVFs)
DVFS е техника, която позволява на микроконтролера да регулира напрежението и честотата си въз основа на работното натоварване. Чрез намаляване на напрежението и честотата, когато устройството е бездействащо или изпълнява задачи с ниска интензивност, можем да намалим консумацията на енергия на микроконтролера, без да жертваме производителността.
Захранване
Захранването на захранването е техника, която включва изключване на захранването към неизползвани компоненти или вериги. Чрез избирателно захранване на компоненти, които не са необходими, можем да намалим общата консумация на енергия на устройството. Power Gating може да бъде реализиран на хардуерно ниво, например чрез използване на превключватели на захранване или на софтуерно ниво, например чрез деактивиране на неизползвани периферни устройства.
Проектиране за ефективност на системно ниво
В допълнение към избора на правилните компоненти на захранването и прилагането на техники за управление на захранването, също е важно проектирането на ефективност на системно ниво. Това включва оптимизиране на оформлението на веригата, намаляване на паразитния капацитет и съпротивление и минимизиране на консумацията на енергия на комуникационния интерфейс.
Оформление на веригата
Оформлението на веригата на вградената захранваща система може да окаже значително влияние върху неговата ефективност. Чрез минимизиране на продължителността на следите на мощността, намалявайки броя на VIA и използвайки правилни техники за заземяване, можем да намалим паразитния капацитет и съпротивление на веригата, което може да подобри ефективността на енергийната система.
Комуникационен интерфейс
Комуникационният интерфейс е един от най-гладните компоненти на мощност в IoT устройство. Избирайки протокол за комуникация с ниска мощност, като Bluetooth ниска енергия (BLE) или ZigBee и оптимизиране на настройките на комуникацията, можем да намалим консумацията на енергия на комуникационния интерфейс.
Тестване и валидиране
След като е проектирана вградената захранваща захранваща система, важно е да се тества и валидира неговата производителност. Това включва измерване на консумацията на енергия на устройството при различни работни условия, проверка на изходното напрежение и ток и проверка на ефективността на електроенергийната система.
Чрез тестване и валидиране на енергийната система можем да идентифицираме всички проблеми или области за подобрение и да направим необходимите корекции, за да оптимизираме неговата производителност.
Заключение
Проектирането на електроефективна вградена система за захранване за IoT устройства е сложна, но възнаграждаваща задача. Разбирайки изискванията за мощност на IoT устройства, избирането на правилните компоненти на мощността, прилагането на техники за управление на захранването, проектиране за ефективност на системно ниво и тестване и утвърждаване на работата на захранващата система, можем да създадем мощност, която отговаря на нуждите на IoT устройства, като същевременно свежда до минимум енергийните отпадъци.
КатоВградена захранваща системаДоставчик, ние се ангажираме да предоставим на нашите клиенти висококачествени, енергийни ефективни вградени енергийни системи, които отговарят на техните специфични нужди. Ако се интересувате да научите повече за нашите продукти или да имате някакви въпроси относно проектирането на мощност-ефективна вградена система за захранване за вашите IoT устройства, моля, не се колебайте да се свържете с нас за допълнителна дискусия и потенциални поръчки.
ЛИТЕРАТУРА
- „Техники за управление на захранването за IoT устройства“, IEEE транзакции по индустриална електроника.
- „Проектиране на енергийно ефективни вградени системи за IoT приложения“, ACM транзакции на вградени изчислителни системи.
- „Протоколи за електроенергия за комуникация за IoT“, Journal of Network и Computer Applications.
