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- ELETTRONICA OGGI 432 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2013
COMPONENTS
NANOPOWER
Integrati a recupero di energia
a bassissimo consumo
I
sensori wireless remoti dipendono da sempre dalle bat-
terie per fornire l’alimentazione necessaria a misurare i
dati e a trasmetterli in modalità wireless. È un sistema che
ha sempre funzionato in modo affidabile, ma la vita utile
di queste reti di sensori dipende esclusivamente da quella
della batteria. In alcune applicazioni i nodi di sensori wire-
less sono accessibili, il che consente di sostituire le batte-
rie con relativa facilità, anche se con
un certo costo. Eppure queste batterie
sono progettate per durare dai 5 ai 10
anni e sono un componente costoso di
ogni nodo di sensori. In altre applica-
zioni il cambio delle batterie è difficile,
laborioso e costoso. Si ammetta, ad
esempio, di dover cambiare le bat-
terie di un sensore wireless di una
centrale nucleare, di una raffineria o
addirittura sottoterra. È un’operazio-
ne che può comportare costi elevati.
Naturalmente batterie più grandi pos-
sono garantire una durata maggiore,
a scapito, però, delle dimensioni e dei
costi. E allora la domanda è: “Come si
fa a far durare di più queste batterie?”.
Un modo potrebbe essere quello di trovare un’altra fonte
di energia recuperabile per far funzionare il nodo di sen-
sori e, quando questa fonte non è disponibile, utilizzare la
batteria primaria.
Il recupero energetico non è un’idea nuova. Il primo
impianto idroelettrico che combinava acqua e gravità per
controllare le turbine che generano elettricità fu costru-
ito nel 1882 e offriva una fonte di energia relativamente
“verde” e sostenibile su larga scala. Ma siccome questo
tipo di fonte di energia dipende molto dal terreno, occor-
rono reti di trasmissione grandi e costose. Le perdite di
trasmissione aumentano con la distanza, provocando una
netta riduzione dell’energia disponibile. Ciò nonostante, in
molti casi, bastano pochi milliwatt per alimentare un nodo
di sensori wireless e si può quindi utilizzare una soluzione
di dimensioni più ridotte.
La soluzione per queste applicazioni ha reintrodotto il
concetto di ‘energy harvesting’ da una prospettiva molto
diversa, creando un nuovo mercato per applicazioni
compatte, prevalentemente wireless, al livello dei valori
più bassi dello spettro di potenza.
Queste applicazioni hanno bisogno
di una potenza di uscita che va da
pochi nanowatt a decine di milliwatt.
Recuperare energia da fonti di ali-
mentazione non tradizionali come le
celle solari (celle fotovoltaiche) e i
trasduttori piezoelettrici è stata un’im-
presa, nonostante si tratti di note fonti
di energia elettrica. Ognuna di que-
ste fonti ha bisogno di un circuito di
conversione in grado di raccogliere e
gestire con efficienza questa energia
alternativa e convertirla in una forma
più utilizzabile di energia elettrica da
usare per alimentare sensori, micro-
controller e transceiver wireless. Ser-
vono circuiti a recupero energetici specifici, a prescindere
che la tensione della fonte sia più elevata del necessario
e debba essere convertita verso il basso per poter essere
utilizzata oppure debba essere raddrizzata e poi convertita
verso il basso in alcuni casi. Questi circuiti hanno sempre
avuto bisogno di circuiti discreti molto complessi con più
di 30 componenti, che continuano a lottare per garantire
un rendimento sufficiente a farli diventare utilizzabili. Solo
recentemente sono stati introdotti circuiti integrati a recu-
pero energetico specializzati, che offrono soluzioni di con-
versione e gestione dell’energia compatte, semplici e molto
efficienti, in abbinamento ai trasduttori adeguati.
Tra queste applicazioni a bassissima potenza figura una
Jeff Gruetter
Sr. product marketing engineer
Linear Technology
Grazie a componenti come il nuovo LTC3330
di Linear Technology è possibile prolungare
sensibilmente la durata delle batterie
Fig. 1 - Energia fornita vs frequenza piezo
