Le celle di potenza BOLT utilizzano il chip piezoelettrico di conversione dell’energy harvesting LTC3588-1 per alimentare i mote Dust Networks
MicroGen Systems, Inc. (“MicroGen”) ha annunciato oggi che le celle di potenza BOLT™ di energy harvesting per vibrazione (vedere Figura 1) attivano una rete di sensori wireless sotto tensione (WSN) utilizzando il mote-on-chip LTC5800-IPM SmartMesh™ IP Dust Networks di Linear Technology (“Linear”) alla Sensors Expo and Conference di Rosemont, Illinois svoltasi il 5-6 giugno 2013 (vedere un video dimostrativo simile – Linear Demo). Il mote Linear è stato alimentato da un energy harvester vibrazionale piezo-MEMS (piezoelectric Micro Electro Mechanical Systems) MicroGen o con tecnologia del generatore a micro-potenza (MPG).
Figura 1.
Generatore AC di micropotenza basato su piezo-MEMS MicroGen, celle di potenza (formato batteria da 9 V) con un’uscita DC da 3,3 volt e celle di potenza plug-in che utilizzano un ultra-condensatore o una batteria ricaricabile (sono disponibili batterie allo stato solido o batterie a bottone) per una capacità supplementare di stoccaggio dell’energia.
Il WSN Linear è costituito da quattro (4) mote ed è stato utilizzato il corrispondente software WSN per la comunicazione efficiente ad energia gestita. I mote autoalimentati sono stati abilitati da shaker elettronici impostati su livelli di vibrazioni industriali tipici di 120 Hz e con un’accelerazione di livello G di 0,2 g (g = 9,8 m/s2). MicroGen ha esposto i mote alimentati a vibrazione presso gli stand di Linear e di X-FAB MEMS Foundry. I mote si trovavano a 20-30 metri di distanza dallo stand MicroGen. Si è trattato del primo WSN interamente alimentato con energy harvesting MEMS realizzato da un’azienda commerciale.
All’interno della cella di potenza BOLT MicroGen si trova un piccolo chip semiconduttore MEMS fabbricato utilizzando tecniche analoghe a quelle del settore dei chip per computer. Il chip è un MPG piezo-MEMS da ~1,0 cm2 contenente un micro-cantilever caricato con massa terminale contenente un film sottile piezoelettrico. Dato che il cantilever dell’MPG si piega in su e in giù a causa della forza di vibrazione esterna, produce elettricità a corrente alternata (AC). Alla risonanza l’uscita di potenza AC è massimizzata, e risulta di ~100 microWatt a 120 Hz e 0,1 g, e ~900 microWatt a 600 Hz e 0,5 g.
L’elettricità AC viene efficacemente convertita in corrente continua (DC) utilizzando il convertitore di energy harvesting piezoelettrico AC/ DC LTC3588-1 di Linear Technology. L’energia viene quindi stoccata temporaneamente in un condensatore da 300 microFarad. L’uscita della cella di potenza è compresa tra 25-500 microWatt a 3,3 Volt DC, in base alla configurazione e alla frequenza. La cella di potenza BOLT attiva un mote di sensori wireless di produttori diversi.
In sostanza, la cella di potenza BOLT è semplicemente un’unità sostitutiva della batteria che utilizza l’energia prodotta dalle vibrazioni anziché l’energia chimica prodotta da materiali non ecosostenibili. Lo scopo è eliminare o prolungare la durata delle celle principali o delle batterie ricaricabili nelle applicazioni WSN industriali e di costruzione, dove il lavoro richiesto per sostituire frequentemente le batterie ha un costo proibitivo per l’installazione di un WSN. Le celle di potenza saranno offerte con armoniche da 50/60 Hz tra 100-1500 Hz. Gli MPG e le celle di potenza MicroGen sono molto sensibili ai bassi livelli G. A livelli G < 0,1-0,5 g (in funzione della frequenza) a una specifica frequenza di signature industriale, le celle di potenza attiveranno il mote WS collegato. I costi della produzione in volume di MPG e celle di potenza sono calcolati nell’ordine di $0,50 e $1,00 ciascuno, rispettivamente.
Joy Weiss, presidente della divisione prodotti Dust Networks di Linear Technology, ha dichiarato: « Sono lieto di constatare il livello di innovazione che MicroGen sta portando all’energy harvesting per attivare sensori wireless SmartMesh autoalimentati ».
Sam Nork, direttore del Boston Design Center di Linear Technology, ha aggiunto: « La dimostrazione data da MicroGen del suo chip di piezo-harvesting integrato con il chip di conversione piezoelettrico LTC3588 di Linear Technology è una combinazione perfetta per produrre in modo efficiente elettricità DC per le applicazioni WSN ».
Robert Andosca, CEO di MicroGen, ha dichiarato: « Siamo molti lieti di presentare una soluzione di energy harvester a basso costo per attivare i mote wireless SmartMesh di Linear Technology. Il nostro obiettivo è fornire harvester piezo-MEMS in un formato che possa essere utilizzato da tutti i prodotti a sensori wireless attualmente sul mercato. La nostra cella di potenza BOLT è il primo esempio di quello che si può fare con un generatore di energy harvesting basato su un MEMS commerciale ».
MicroGen ha presentato la linea di prodotti BOLT™ questo mese a Sensors Expo. MicroGen ha in programma di annunciare la disponibilità dei suoi prodotti a fine estate 2013. Inizialmente offrirà MPG e celle di potenza BOLT con frequenze di 100, 120 e 600 Hz. Per lo stoccaggio di energia supplementare, le celle di potenza BOLT plug-in saranno disponibili con (a) un ultra-condensatore Panasonic da 22 milliFarad, (b) una batteria allo stato solido Cymbet Corporation da 50 microAmp-hr e (c) una cella a bottone ricaricabile Panasonic da 7,0 milliAmp-hr. Consultare la pagina web dei prodotti BOLT che contiene collegamenti ai data sheet di tutti i prodotti MicroGen.
MicroGen Systems, Inc.
MicroGen sta presentando sul mercato una gamma di prodotti basati sulla tecnologia di piattaforma piezo‑MEMS proprietaria presso l’impianto produttivo di X-FAB Silicon Foundries AG (www.xfab.com) a nord di Amburgo. Il primo componente piezo-MEMS MicroGen è un piccolo energy harvester vibrazionale o MPG (con un volume di < 1,0 cm3; più piccolo di un pisello). L’MPG è il « cuore » della fonte di alimentazione DC della cella di potenza BOLT™ MicroGen. Questi prodotti a basso costo e di lunga durata recuperano l’energia di vibrazioni ambientali che andrebbe altrimenti sprecata per sostituire o prolungare la durata delle batterie nelle applicazioni a sensori wireless e di altre applicazioni di microelettronica.
Le principali destinazioni dei prodotti MicroGen sono i mercati industriale e delle costruzioni (ad es. automazione dei processi, monitoraggio macchine, controllo illuminazione, HVAC, contatori intelligenti delle utenze e molti altri). A più lungo termine, il mercato secondario è quello dei sistemi di trasporto (ad es. aerei, treni e automobili, monitoraggio delle infrastrutture civili, tracking delle risorse e altri ancora).
MicroGen, che ha sede a Rochester, New York, ha sviluppato la propria tecnologia di piattaforma piezoelettrica core presso la Cornell University (www.cnf.cornell.edu). MicroGen è guidata da un valido team di manager internazionali. I membri del Consiglio di amministrazione e del Comitato consultivo vantano una significativa esperienza nei settori semiconduttori e MEMS e nelle start-up.
Per maggiori informazioni, visitare il sito www.microgensystems.com
