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XVIII
Medical
MEDICAL 14 -
MAGGIO 2017
ENERGY
HARVESTING
gia termica. Per poter generare tali tensioni è sufficiente
un gradiente di temperatura di almeno 1 °C.
Più recentemente è stato introdotto LTC3107, un conver-
titore CC/CC a elevato livello di integrazione progettato
per prolungare la durata di una batteria principale in siste-
mi wireless a bassa potenza, sfruttando il processo di ener-
gy harvesting e gestendo il surplus di energia disponibile
da fonti a tensione d’ingresso estremamente bassa come
generatori termoelettrici e termopile.
Impiegando LTC3107, un sistema per l’energy harve-
sting per un punto di carico richiede uno spazio ridotto
– quello in grado di ospitare il package DFN (3x3mm) di
LTC3107 e alcuni componenti esterni. Generando una
tensione di uscita che segue quella della batteria princi-
pale installata, è possibile utilizzare senza alcun problema
LTC3107 per sfruttare il risparmio, in termini di costi, reso
possibile dall’uso di tecniche di energy harvesting, in si-
stemi sia nuovi sia preesistenti alimentati a batteria. Inol-
tre, LTC3107, unitamente a una piccola fonte di energia
termica, può prolungare la durata della batteria, in alcuni
casi fino alla sua scadenza, riducendo così i costi di ma-
nutenzione periodica dovuti alla sostituzione della batteria
stessa. LTC3107 è stato concepito per aumentare la carica
della batteria o anche alimentare il carico autonomamen-
te, a seconda delle sue condizioni e dell’energia ottenibile
con l’energy harvesting. La fi-
gura 1 evidenzia con quale faci-
lità LTC3107 possa accumulare
energia termica per alimentare
reti di sensori wireless (WSN)
e inserire la batteria senza in-
terruzione dell’alimentazione
se la fonte di energia ambien-
te cessa di essere disponibile.
Inoltre LTC3331 è un sistema
multifunzionale che si propone
come una soluzione completa
di energy harvesting, in grado
di erogare fino a 50 mA di cor-
rente continua in grado di pro-
lungare la durata della batteria
ogni volta sia disponibile ener-
gia accumulabile (Fig. 2). Esso non assorbe corrente di ali-
mentazione dalla batteria quando trasferisce potenza re-
golata al carico utilizzando l’energia accumulata e richiede
solo 950 nA quando è alimentato dalla batteria in assenza
di carico. LTC3331 Integra un alimentatore EH ad alta
tensione oltre a un convertitore CC/CC buck-boost sincro-
no alimentato da una batteria principale a celle, ricarica-
bile, per creare una singola uscita (senza interruzioni) per
applicazioni di energy harvesting come quelle delle reti o
IoT. L’alimentatore EH di LTC3331, formato da un rad-
drizzatore a ponte a onda intera che accetta ingressi CA o
CC e da un convertitore buck sincrono ad alta efficienza,
accumula l’energia generata da sorgenti piezoelettriche
(CA), solari (CC) o magnetiche (CA). Uno shunt da 10
mA consente di caricare la batteria con l’energia così otte-
nuta, mentre una funzione di disconnessione della batte-
ria quando questa è quasi scarica la protegge dagli effetti
della scarica profonda (deep discharge). La batteria rica-
ricabile alimenta un convertitore buck-boost sincrono che
funziona con tensione d’ingresso compresa tra 1,8V e 5,5V
e si inserisce quando l’energia accumulata non è disponi-
bile, per regolare l’uscita indipendentemente dal livello a
cui si trova l’ingresso: superiore, inferiore o uguale a quel-
lo di uscita. Il caricabatteria dell’LTC3331 è dotato di una
funzione di gestione della potenza molto importante, che
deve essere presa in considerazione quando si impiegano
sorgenti di potenza molto ridotte. LTC3331 incorpora una
funzione di controllo logico del circuito di carica della bat-
teria tale che questa viene caricata solo quando l’alimenta-
tore che accumula l’energia ne ha una quantità in eccesso;
senza questa funzione logica, all’avvio la sorgente di ener-
gia accumulata rimarrebbe ‘bloccata’ in qualche punto di
funzionamento non ottimale e non sarebbe in grado di
alimentare il dispositivo previsto. Per prevenire tale eve-
nienza, l’LTC3331 inserisce automaticamente la batteria
quando la sorgente per energy harvesting non è più dispo-
nibile. Si ottiene così l’ulterio-
re vantaggio di consentire alla
WSN alimentata dalla batteria
di prolungarne la durata ope-
rativa da 10 a oltre 20 anni se
per almeno metà del tempo
è disponibile una sorgente di
energia ambiente adatta; la
durata sarà ancora maggiore
se tale sorgente è disponibile
per un intervallo più lungo.
Il settore dei dispositivi medici
indossabili intelligenti è sulla
rampa di lancio, trainato dalla
necessità di contenere le cure
ospedaliere e dal crescente
invecchiamento demografico.
Una nuova gamma di prodotti, tra cui dispositivi indossa-
bili ideati per il controllo della salute e della forma fisica,
dotati di una miriade di sensori, consente il monitoraggio
di parametri vitali come la frequenza cardiaca e la pres-
sione sanguigna al di fuori dei presidi medici, con tutti i
vantaggi che ciò comporta. L’architettura fondamentale
di un dispositivo indossabile intelligente dipende dalla ti-
pologia di prodotto, ma essenzialmente è costituita da un
microcontrollore, sensori microelettromeccanici, sistemi
di connettività wireless, batteria e la necessaria elettronica
di supporto.
Fig. 2
– Il circuito integrato LTC3331 converte l’energia di più sorgenti
e può utilizzare una batteria principale ricaricabile