El último zumbido en la industria de la tecnología de la información se refiere a "Internet de las cosas": la idea de que los vehículos, electrodomésticos, estructuras de ingeniería civil, equipos de fabricación e incluso ganado tendrían sus propios sensores integrados que informarán la información directamente a los servidores en red, ayudando con el mantenimiento y la coordinación de tareas.
Sin embargo, darse cuenta de que la visión requerirá sensores de muy baja potencia que pueden funcionar durante meses sin cambios de batería, o, mejor aún, que pueden extraer energía del medio ambiente para recargarse.
La semana pasada, en el Simposio sobre Tecnología y Circuitos VLSI, los investigadores del MIT presentaron un nuevo chip convertidor de potencia que puede cosechar más del 80 por ciento de la energía que gotea en él, incluso a los niveles de potencia extremadamente bajos característicos de pequeñas células solares.Los convertidores experimentales de potencia ultrabaja tenían eficiencias de solo 40 o 50 por ciento.
Además, el chip de los investigadores logra esas mejoras de eficiencia al tiempo que asume responsabilidades adicionales. Donde sus predecesores podrían usar una célula solar para cargar una batería o alimentar directamente un dispositivo, este nuevo chip puede hacer ambas cosas y puede alimentar el dispositivo directamentede la batería
Todas esas operaciones también comparten un solo inductor, el componente eléctrico principal del chip, que ahorra espacio en la placa de circuito pero aumenta aún más la complejidad del circuito. Sin embargo, el consumo de energía del chip sigue siendo bajo.
"Todavía queremos tener la capacidad de carga de la batería, y aún queremos proporcionar un voltaje de salida regulado", dice Dina Reda El-Damak, estudiante graduada del MIT en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación y primera autora del nuevo artículo."Necesitamos regular la entrada para extraer la máxima potencia, y realmente queremos hacer todas estas tareas compartiendo el inductor y ver qué modo operativo es el mejor. Y queremos hacerlo sin comprometer el rendimiento, con una potencia de entrada muy limitadaniveles - 10 nanowatts a 1 microwatt - para el Internet de las cosas "
altibajos
La función principal del circuito es regular los voltajes entre la célula solar, la batería y el dispositivo que alimenta la célula. Si la batería funciona durante demasiado tiempo a un voltaje demasiado alto o demasiado bajo, por ejemplo, su sustancia químicalos reactivos se descomponen y pierde la capacidad de retener una carga.
Para controlar el flujo de corriente a través de su chip, El-Damak y su asesora, Anantha Chandrakasan, la profesora de Ingeniería Eléctrica Joseph F. y Nancy P. Keithley, usan un inductor, que es un alambre enrollado en una bobina.la corriente pasa a través de un inductor, genera un campo magnético, que a su vez resiste cualquier cambio en la corriente.
Lanzar interruptores en la ruta del inductor hace que se cargue y descargue alternativamente, de modo que la corriente que fluye a través de él aumenta gradualmente y luego vuelve a caer a cero. Mantener una tapa en la corriente mejora la eficiencia del circuito, ya que la velocidad a la quedisipa energía ya que el calor es proporcional al cuadrado de la corriente.
Sin embargo, una vez que la corriente cae a cero, los interruptores en la ruta del inductor deben activarse de inmediato; de lo contrario, la corriente podría comenzar a fluir a través del circuito en la dirección incorrecta, lo que disminuiría drásticamente su eficiencia. La complicación es que ella velocidad a la que la corriente aumenta y disminuye depende del voltaje generado por la célula solar, que es muy variable. Por lo tanto, el tiempo de activación del interruptor también debe variar.
reloj de arena eléctrico
Para controlar la sincronización de los interruptores, El-Damak y Chandrakasan usan un componente eléctrico llamado condensador, que puede almacenar carga eléctrica. Cuanto mayor sea la corriente, más rápido se llena el condensador. Cuando está lleno, el circuito deja de cargar el inductor.
La velocidad a la que cae la corriente, sin embargo, depende del voltaje de salida, cuya regulación es el propósito del chip. Dado que ese voltaje es fijo, la variación en el tiempo tiene que venir de la variación en la capacitancia. El-Damaky Chandrakasan equipa su chip con un banco de condensadores de diferentes tamaños. A medida que la corriente cae, carga un subconjunto de esos condensadores, cuya selección está determinada por el voltaje de la célula solar. Una vez más, cuando el condensador se llena, los interruptoresla trayectoria del inductor se voltea.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Larry Hardesty. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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