CBC - EVAL - 09 EnerChip EP通用能量收集评估套件：开启能量收集应用新征程

在当今对能源效率和可持续性要求日益提高的时代，能量收集技术成为了电子工程师关注的焦点。CBC - EVAL - 09 EnerChip EP通用能量收集评估套件为设计师们提供了一个强大的工具，能够快速开发能量收集应用。下面，我们就来详细了解一下这个评估套件。

文件下载：CBC-EVAL-09.pdf

一、套件概述

CBC - EVAL - 09是一款通用能量收集（EH）评估套件，它将多种EH换能器中的任意一种与EnerChip™ EP CBC915 - ACA能量处理器以及EnerChip CBC51100 100uAh固态电池模块相结合。该模块由两个50µAh的EnerChip固态电池并联而成。套件随附一个太阳能电池，用于初始测试。其目的是让设计师能够快速开发能量收集应用。

二、系统特性与新技术进展

（一）特性

1. 多种换能器兼容性：可以使用任何类型的EH换能器，这大大拓展了能量收集的来源，无论是太阳能、热能、机械能等都能适配。
2. 高效能量处理器：EnerChip能量处理器采用高能效的最大功率点跟踪（MPPT）算法，能够精准地找到换能器输入的最大功率点，提高能量转换效率。
3. 固态电池储能：当EH换能器不工作时，EnerChip固态电池可以存储能量，确保系统在没有能量输入时仍能正常工作。

（二）新技术进展

这些特性的结合使得CBC - EVAL - 09在能量收集领域具有显著的优势。大家可以思考一下，这种多种换能器兼容的设计，对于不同应用场景下的能量收集有哪些具体的好处呢？

三、评估套件功能模块详解

（一）功能模块框图

评估套件的功能模块在其框图中有清晰的展示，下面对各个模块进行详细解释。

（二）各模块功能

1. 输入模块
   • DC IN：低于4.06V DC的能量收集换能器输入，通常连接光伏电池。
   • AC IN：低于4.06V AC的能量收集换能器输入，例如来自流量收集器的电磁输入。
   • HV DC IN：4.06V DC至20VDC的能量收集恒阻抗换能器输入，常见的有光伏电池或更高电压的热电发电机。
   • HV AC1 IN和HV AC2 IN：4.06V DC至20V AC的能量收集换能器输入，一般用于压电振动收集器。如果两个压电梁在同一换能器单元中机械耦合，其两个输出可以分别连接到HV AC1和HV AC2。
2. 转换模块
   • 桥式整流器：将AC输入或HV AC输入从交流转换为直流。
   • 升压转换器：将DC IN或AC IN电压升压至4.06V。
   • 低压电荷泵（2个）：用于启动CBC915能量处理器。
   • 反激式降压转换器：将HV DC IN或HV AC1 IN/HV AC2 IN降至4.06V。
3. 核心模块
   • 能量处理器：EnerChip EP CBC915找到EH换能器输入的最大功率点。
   • 换能器输入电压选择和感应开关：监测所有输入电压并连接到能量处理器。
4. 储能与管理模块
   • EnerChip CBC51100固态电池模块：由两个EnerChip 50uAh固态电池（CBC3150和CBC050）组成，用于能量存储。
   • 低压切断电路：当EnerChips上的电压低于3.0VDC时，该电路会断开电池连接，防止电池进一步放电。
   • 能量管理开关矩阵：控制Vout到系统负载的路由，用户可选择开关指示EH换能器输入到电压输出。
5. 通信模块
   • 串行I/O：这两条通信线路将能量处理器连接到另一个微控制器，例如eZ430 - RF2500演示套件无线终端设备上的TI MSP430 MCU，该设备可插入连接器J9。

四、模块连接器与开关

（一）连接器

评估套件有多个连接器，每个连接器都有特定的功能和用途。

1. 输入连接器：如J18（低压DC输入）、J19（低压AC输入）、J15（高压DC输入）、J16（高压AC输入1）、J17（高压AC输入2）等，用于连接不同类型的换能器。
2. 其他连接器：J3、J4用于EnerChip EP引脚的探测点和访问过孔；J5、J6是评估套件的调试接口连接器；J7、J12可用于连接可选的外部可充电锂电池；J9、J10为用户提供串行端口、Vout和接地的连接。

（二）测试点

测试点用于监测电路中的关键电压，如TP1（4.06V）、TP2（EPVCC）、TP6（VCAP）等，方便工程师进行调试和故障排查。

（三）开关

有3个DIP滑块开关用于选择能量收集换能器输入到板载电路的其他部分。需要注意的是，任何时候只能连接一个EH换能器，不支持组合换能器输入。大家在实际操作中，一定要根据自己使用的换能器类型正确设置开关哦。

五、模式查询开关与LED模式指示

（一）开关与指示灯功能

评估套件上的按钮开关S2用于显示能量转换状态和充电状态，通过3个LED指示灯来指示3种模式。

1. MPPT LED：最大功率点跟踪指示灯，当能量处理器调整输入阻抗以匹配换能器阻抗时闪烁。可通过按住S2同时连接EH换能器来强制进入MPPT状态。
2. 输出保持电容充电LED：指示用于为目标负载保持输出电荷的电容正在充电。
3. EnerChip充电LED：指示EnerChip设备正在充电。

（二）充电序列与状态控制

当能量处理器完成MPPT、电容充电和EnerChip充电序列后，三个LED会闪烁1毫秒。在正常运行状态下，按下按钮S2，三个LED也会闪烁1毫秒。此外，通过长按S2 10秒可以实现输出功率的断开和重新连接。

六、推荐的能量收集换能器

（一）热电发电机（TEGs）

有多家供应商提供热电发电机，如MicroPelt的MPG - D651或MPG - D671，以及Nextreme的eTEG HV56功率发生器。这些热电发电机已经在CBC - EVAL - 09上得到验证。

（二）压电发电机

Mide的V20W、V25W等型号，以及Advanced Cerametrics的PFCB - W14等型号的压电发电机都能与评估套件兼容。

（三）其他能量收集发电机

全球的公司和大学正在不断推出新的环境能量收集解决方案。如果您有相关的想法或解决方案，可以联系Cymbet应用工程部门进行讨论。

七、操作特性

评估套件的操作特性涵盖了输入光强、输出功率、工作电压、静态电流、充电电压等多个方面。例如，使用提供的光伏面板时，最小工作光强为200 Lux，全充电速率为700 Lux；在不同光强下，平均连续输出功率也有所不同。这些参数为工程师在设计应用时提供了重要的参考依据。大家在实际应用中，要根据具体的需求和环境条件来合理选择和使用评估套件哦。

八、电路原理图与物料清单

（一）电路原理图

评估套件的电路原理图详细展示了各个模块之间的连接关系和工作原理，为工程师进行深入的电路分析和优化提供了基础。

（二）物料清单

物料清单列出了评估套件主板上的所有组件，包括电阻、电容、二极管、MOSFET、IC等，每个组件都有具体的型号和参数。这对于工程师进行物料采购和电路维护非常有帮助。

九、常见问题解答

（一）输入功率与充电问题

如果想知道EH换能器的输入功率是否足够为EnerChip电池充电，可以通过监测TP2（EPVCC）测试点的电压来判断。如果电压能从2.5V上升到约3.5V，且MPPT LED闪烁，则表示有足够的能量。

（二）输出短路问题

当输出短路时，断开电路会在电容放电至3.0V以下后断开EnerChip设备与输出的连接，防止电池过放电。电容重新充电后，EnerChip设备会自动重新连接。

（三）大脉冲电流应用问题

对于需要运行较大脉冲电流的应用，可以参考应用笔记AN - 1025，该笔记描述了如何计算输出电容组的大小。

（四）EnerChip短路问题

EnerChip短路不会爆炸或泄漏有害化学物质，因为其中没有有害化学物质，且储能单元不会爆炸。

（五）无环境光运行时间问题

CBC - EVAL - 09模块在无环境光下的运行时间取决于负载功率消耗、EnerChip的充电状态、工作温度等因素。

（六）模块使用寿命问题

如果每天使用且大部分时间有输入功率，CBC - EVAL - 09模块至少可以使用10年。

（七）EnerChip自放电问题

EnerChip的自放电是多个参数的函数，自放电规格可以在产品数据表中找到。

（八）EnerChip长期放电问题

将EnerChip置于放电状态不会对其性能造成损害。

（九）VOUT无电压问题

如果VOUT没有电压，需要确保有足够的输入功率来操作CBC3150电荷泵，并且输出没有短路。

（十）EnerChip过放电保护问题

CBC - EVAL - 09有切断电路，可以防止EnerChips因过放电而损坏。但反复在深度放电时触发切断电路会导致容量过早衰减和产品寿命缩短。

（十一）启动时间与最大功率点查找问题

为了减少EVAL - 09的启动时间和CBC915找到最大功率点的时间，可以采用预充电EnerChips或使用电荷泵等方法。同时，减少输入信号的噪声也有助于提高CBC915找到最大功率点的速度。

十、总结

CBC - EVAL - 09 EnerChip EP通用能量收集评估套件为电子工程师提供了一个全面的能量收集解决方案。通过其丰富的功能、灵活的换能器兼容性和详细的操作指南，工程师可以快速开发出高效、可靠的能量收集应用。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和环境条件，合理选择换能器、优化电路设计，并注意电池的保护和系统的功率管理。希望大家在使用这个评估套件的过程中，能够充分发挥其优势，创造出更多有价值的能量收集应用。

以上就是关于CBC - EVAL - 09 EnerChip EP通用能量收集评估套件的详细介绍，大家在实际应用过程中遇到任何问题，都可以随时交流探讨。