Jak dobrać zasilanie do aplikacji mobilnych i IoT?

Urządzenia takie, jak różnego rodzaju mierniki (energii, gazu, wody) czy np. zdalnie sterowane roboty czyszczące to tylko nieliczne przykłady całej gamy sprzętu tego typu dostępnego na rynku. Projekt takiej aplikacji może stać się jednak trudnym wyzwaniem, kiedy konstruktor musi dobrać układ zasilania. W tym artykule pokazujemy na przykładach, jak dobrać konwerter do zastosowań konsumenckich i przemysłowych, jakie właściwości mają baterie jednorazowe LiSOCl2 i dlaczego warto się nimi zainteresować.

Układy zasilania w aplikacjach mobilnych – robot czyszczący na sucho

Jednym z przykładów, gdzie na dużą skalę stosowane są przetwornice DC-DC firmy Mornsun, jest robot czyszczący na sucho. Jego konstrukcja składa się z układu zasilacza sieciowego, akumulatora magazynującego energię, układu sterującego i silnika z osprzętem. Może być on używany jako urządzenie zdalnie sterowane służące do czyszczenia modułów fotowoltaicznych. Oznacza to, że jest on narażony na trudne warunki środowiskowe, a więc wysoką i niską temperaturę, wilgoć oraz zakłócenia.

Za zasilanie robota najczęściej odpowiada akumulator litowy, którego napięcie zmienia się w szerokim zakresie, co wymaga użycia konwerterów z wejściem szerokozakresowym.

 

Rys. 1. Przykład rozwiązania z układem zasilania dla urządzenia mobilnego – robot czyszczący przeznaczony do pracy na zewnątrz

Jak dobrać odpowiednie zasilanie do aplikacji z robotem?

Na rysunku 1 przedstawiono poglądowy schemat robota czyszczącego, przeznaczonego do pracy na zewnątrz pomieszczeń. Akumulator litowy zapewnia energię dla całego urządzenia, a jego napięcie w zależności od stopnia naładowana może się wahać w zakresie od 30 do 36 V. Do zasilania części elektronicznej użyto przetwornicy DC-DC zdolnej do pracy z napięciem w takim zakresie i o izolowanej konstrukcji. Zgodnie z założeniami energetycznymi systemu sterowania robota zasilacz o mocy wyjściowej 10 W jest w stanie obsłużyć zapotrzebowanie energetyczne sterownika robota czyszczącego.

Konwerter DC-DC Mornsun VRB-24-05LD-15WR3 zapewnia szeroki zakres dopuszczalnych napięć wejściowych oraz pracuje w temperaturze od –40 do +85ºC. Do wyjścia dołączona została przetwornica Mornsun B0505S-1WR3, która zapewnia zasilanie dla izolowanego interfejsu RS485 w celu poprawy odporności komunikacji na zakłócenia. Kolejna przetwornica WRA0512S-3WR2 zapewnia zasilanie dla przetworników analogowo– cyfrowych współpracujących z czujnikami. Robot porusza się, wykorzystując silniki o regulowanej prędkości, które są źródłem zakłóceń, stąd izolowane konwertery ograniczają ich przenikanie i poprawiają niezawodność działania.

Baterie jednorazowe do aplikacji profesjonalnych

 

Rys. 2. Baterie są łączone w pakiety (po lewej) lub uzupełniane o wyprowadzenia do montażu w obudowie lub płytce drukowanej

LiSOCl₂ to nieładowalne ogniwa litowe bazujące na chlorku tionylu litu o dużym napięciu znamionowym 3,6 V. Mają one największą gęstość energii spośród wszystkich dostępnych na rynku typów chemii litowej, a ich żywotność sięga 40 lat. Nadają się do zastosowań wymagających bardzo niskich prądów ciągłych zasilania (wersje szpulowe) i umiarkowanych prądów impulsowych (wersje spiralne). Niezwykle długa żywotność i niski współczynnik samorozładowania sprawiają, że jest to idealny wybór do aplikacji pracujących w urządzeniach o długim czasie żywotności.

W obu wersjach z uwagi na niską przewodność elektrolitu ogniwo musi mieć dużą powierzchnię elektrod, aby ograniczyć wartość impedancji wewnętrznej. Jednym ze sposobów jej zmniejszenia jest zwiększenie pola powierzchni elektrod i zwinięcie ich w walec o spiralnym kształcie. Niestety to rozwiązanie nie jest pozbawione wad, takich jak mniejsza gęstość energii wynikająca z dużej ilości nieaktywnego materiału w ogniwie oraz krótsza żywotność, bo dodatkowa powierzchnia elektrod skutkuje wyższym współczynnikiem samorozładowania.

 

Fot. 3. Zastosowanie baterii LiSOCl₂ w czujniku dymu

Ogniwa LiSOCl₂ typu szpulowego szczególnie dobrze nadają się do aplikacji niskoprądowych ze względu na ich dużą gęstość energii, bardzo niski współczynnik samorozładowania oraz czas pracy nawet do 40 lat (np. mierniki mediów). Pracują w rozszerzonym zakresie temperatur od –55 do +125°C. Duża pojemność, mały rozmiar i zdolność wytrzymywania szerokich wahań ciśnienia, temperatury i wstrząsów sprawiają, że ogniwa typu szpulowego są idealne do stosowania w trudnych warunkach środowiskowych.

Takie parametry zapewniają rozwiązania firmy Fanso, czołowego producenta baterii litowych, działającego na rynku od ponad 20 lat. Głównymi produktami, jakie oferuje Fanso Technology są baterie 3,6 V LiSOCl₂ oraz 3 V LiMnO₂.

 

Fot. 4. Bateria litowa w czujniku alarmowym drzwi okiennych

Producent ma certyfikat ISO9001, a wytwarzane baterie są zgodne z UL, CE, RoHs, UN. Są stosowane w różnych aplikacjach IoT, takich jak bezprzewodowe czujniki alarmowe, syreny i detektory, inteligentne urządzenia pomiarowe i wiele innych przemysłowych czujników komunikujących się przez GSM, GPRS, Sigfox, LoraWAN oraz protokoły NB-IoT.

Kompleksowa usługa, czyli jak dobrać komponenty i zaoszczędzić

 

Fot. 5. Przykład zastosowania baterii LiSOCl₂ w inteligentnym mierniku zużycia mediów z dalszym przesyłaniem informacji przez sieć

Często dobranie odpowiedniego komponentu do aplikacji staje się czasochłonne, bo komponentów na rynku jest mnóstwo, a wiele różni się tylko szczegółami. Również stworzenie prototypu nowej albo ulepszonej aplikacji bywa skomplikowane. Firma Masters pomaga rozwiązać te zawiłości, oferując swoim klientom pełny zakres usług wsparcia technicznego w jednym miejscu. Dzięki wieloletniej współpracy ze znanymi na całym świecie producentami, firma oferuje atrakcyjne ceny komponentów elektronicznych, pomagając dobrać najbardziej efektywne elementy do danej aplikacji. Klienci otrzymują wsparcie projektowe podczas całego procesu projektowania i rozwoju urządzeń elektronicznych. Masters w znacznym stopniu może również przyspieszyć prototypowanie i testowanie docelowych rozwiązań klientów dzięki własnym liniom montażowym i usługom doradczo-inżynieryjnym.

Piotr Szukaj, Product Manager Roman Litwin, FAE

Masters
tel. 58 691 06 91
www.masters.com.pl