Revision: Micro-scale RF Energy Harvesting and Power Management for Passive IoT Devices

para reducir la potencia de arranque

análisis de las soluciones existentes de recolección de energía 

Diseña un circuito de monitorización de voltaje de baja potencia con función de enclavamiento y un circuito de bucle de control de retroalimentación con función de mantenimiento de arranque. 

Tomando como ejemplo la recolección de energía de RF, se diseña y fabrica un prototipo en combinación con tecnología de comunicación por dispersión Wi-Fi de baja potencia. 

Tensión de arranque del sistema es inferior a 0,7 V, 

la corriente de arranque inferior a 200 nA 

la potencia de arranque inferior a 140 nW

e el prototipo puede iniciar y completar una tarea de recopilación de información y una tarea de comunicación por dispersión Wi-Fi cada 40 s con una potencia de señal de −20 dBm

teoria

publican circuitos integrados y módulos funcionales dedicados a la recolección de energía de RF. Solo Powercast y Texas Instruments (TI) de Estados Unidos y E-Peas de Bélgica presentan algunas soluciones comerciales. Entre ellas, el Powerharvester P2110B de Powercast es un módulo receptor comercial típico de recolección de energía de RF de campo lejano

e -19,5 dBm. Un sistema típico de comunicación inalámbrica IoT basado en la captación de e

 

Antena: Utiliza una antena con características de banda ancha y alta ganancia para la recolección de energía de RF. En este caso, se usa una antena omnidireccional de 1.5 dBi con conector SMA para recibir señales de RF de diversas fuentes, como móviles y estaciones base.

Circuito de adaptación (Matching Circuit): El propósito de este circuito es maximizar la energía recibida por la antena y transferirla al siguiente circuito de RF-DC.

Rectificador RF-DC: Convierte la señal alterna (AC) recibida de la antena en una señal de corriente continua (DC). En este caso, se utiliza un circuito Dickson de triple etapa con diodos HSMS286C para lograr la rectificación.

Dispositivo de almacenamiento de energía: Un condensador cerámico de 220 μF es utilizado para almacenar la energía rectificada.

Circuito de monitoreo de voltaje y control de inicio (Startup Control): Este circuito supervisa el voltaje de almacenamiento y activa el circuito DC-DC cuando el voltaje alcanza un umbral definido. Se utiliza un monitor de voltaje TPS3839 con un transistor SSM3J556MFV para el control de inicio.

Circuito DC-DC Boost: Un convertidor DC-DC que eleva el voltaje de la energía almacenada para alimentar el dispositivo IoT. En este caso, se usa el TPS61098, un convertidor con un voltaje de inicio menor a 0.7 V.

Condensadores de salida: Se emplean C4 (0.1 μF) y C5 (0.22 μF) para filtrar la salida del DC-DC y desacoplar la alimentación del sistema de carga.

Bucle de control de retroalimentación: Un bucle compuesto por resistencias y transistores (como el SSM3K56MFV) se encarga de mantener la conducción de los dispositivos de almacenamiento de energía y el convertidor DC-DC una vez que ha comenzado.

Dispositivo de comunicación Wi-Fi de bajo consumo: Se utiliza un MCU MSP430FR5959 junto con un dispositivo de lógica XOR y un interruptor RF para formar un sistema de comunicación Wi-Fi disperso con bajo consumo de energía, funcionando como carga del sistema.