RFHM-00X (BQ25505)模块在室内光线能量收集系统的应用

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通常一款能量采集产品的能量源主要包括光、电磁频率、振动和热量,而随着能量源的能量数量级的不同,对采集系统的设计难度也提出了不同的挑战。

在各种能源捕获中,通常太阳能等光源是相对数量级最高的能量来源,而射频等电磁频率则是非常微量的能量源,采集难度可想而知。正是半导体技术的发展让这些能量的采集成为可能。通常应用于低能耗(BLE) 信标子系统的室内光线供电系统设计

l  RFHM-001模块:采用TI低功耗升压充电器bq25505芯片.集成高效的陶瓷电容、纽扣电池供电。

l  RFHM-002模块:采用TI首款集成了稳压器的毫微功率级升压充电器BQ25570芯片。可以直接应用于锂电池等可充电电池供电的应用。

 

BQ25505 BQ25570评估模块

Figure 1模块正面图


BQ25505 BQ25570评估模块

Figure 2 模块背面图

 

 

模块特性

模块主要适用于物联网Bluetooth® 低耗能(BLE) 信标子系统的室内光线能量收集供电系统,参考设计无需电池、无需充电而且无需任何干预即可在室内环境(如零售商店或办公楼)中工作。

使用室内光线作为能源来源的蓝牙低耗能(BLE) 信标供电设计

通过可管理太阳能电池的高效直流/直流升压转换器/充电器,实现超低功耗

可从低输入源持续收集能量:VIN 100 mV

超低静态电流:电源管理IC IQ 小于330nA(典型值),BLE 芯片的静态电流为1μA

冷启动电压:电源管理的输入电压330mV(典型值)

可编程动态最大功率点跟踪(MPPT)

适用于蓝牙低耗能的高度集成式SoC

无需电池、无需充电、无需维护、无安装限制或约束

特色应用

       楼宇自动化

       智能零售

       智能标牌

       近距离营销系统

       传感器数据采集系统

使用方法

输入引脚定义:

序号

引脚

定义

说明

1

-

高阻抗源/太阳能面板负,

 

2

+

高阻抗源/太阳能面板+

 

Table 1 输入信号定义

输出引脚定义:

序号

引脚

定义

说明

1

OK

电池输出指示,高电平

指示电池电平可以给外部设备供电,存储单元电压超过2.3V时置高, 电平电压跟随3V3输出电压,

2,7,8

GND

电源负

3

3V3

电源输出

2.3-5.5V

4

SEC_ON

储能单元输出有效指示,低电平

 

5

PRI_ON

主电源输出有效指示,低电平

可充电电池电压低,主电池供电,置位低

6

VBAT

存储器单元电压

 

 

 

 

 

Table 1 输出信号定义

接线图:

BQ25505 BQ25570评估模块接线图

Figure 3 模块接线

 

两种应用方式:

对于需要优质传感器数据的应用,日光收集是一种解决方案,它消除了频繁更换电池的同时,仍保持频繁的数据测量和无线传输的能力。 但是为了有效利用日光能量,需要智能的能量收集电源管理设备,因为太阳能电池通常具有高输出阻抗和低输出电压,而不能直接为传感器节点设备供电。

BQ25505使用低导通负载开关来实现功率多路供电,最重要特征是低导通电阻。 负载始终连接到任一电源供应器,

 

设计方式(捕获+备份电池)

                                                                             

带电纽扣电池版本的BQ25505模块应用参考Figure 4.

 

BQ25505 BQ25570 UPS 供电

Figure 4 带电池的模块构造图

 

工业系统和楼宇自动化及物联网系统需要越来越多的无线传感器节点。传感器网络的功率分配和功耗是无线传感器节点需要考虑的因数。常用的传感器端节点由电池供电,电池可持续时间,具体取决于端节点的功耗。

但是更换节点电池会大大增加系统级的成本,因此确保传感器节点使用很少的电量以确保较长的电池寿命非常重要。

采用弱光太阳能电池收集能源为传感器节点供电。太阳能电池从安装位置的环境光中收集能量,并将其馈送到能量收集电源管理设备。电源管理设备将太阳能缓冲到一个大的电容器储罐中,一旦该储罐中的电荷已充分积累,该系统将由储罐供电。

或者,如果未收集到足够的电量,则CR2032币形电池可为系统供电。电源管理设备向无线MCU提供正在使用的电源(太阳能电池或纽扣电池)的指示。有了这些信息,无线MCU可以进行测量,并且在从纽扣电池运行时可以减少无线传输的频率,以防止其过早耗尽。

 

设计方式二(单电源供电)

BQ25505 BQ25570评估模块

Fiure 5 不带纽扣电池的模块构造图

 

在室内亮度超过250LUX的光照条件下,通过弱光太阳能电池捕获的能量给基于蓝牙的传感器节点供电,通过蓝牙BEACON的方式把采集的数据发出去。该设备至少有以下的的优势

1.     无需更换电池

2.     无开关限制

3.     节点自己控制其发送传感器结果的频率

系统最小配置:

1.     室内光线足够(250LUX

2.     低功耗的蓝牙(待机功率小于1Ua

3.     电源管理IC(超低静态电流)

4.     低漏电的超级电容器(作为能源池,给蓝牙Beacon提供能量

 

实物图连接

bq25505 实物图

Fiure 6 接线图

 

 

 

 

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