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ELETTRONICA OGGI 504 - SETTEMBRE 2022 15 COVER STORY L’LTC3336 è un convertitoreDC-DC lowpower che funziona con una tensione di ingresso fino a 15 V e con un valore di corrente di picco di uscita programmabile. L’ingresso può scendere fino a 2,5 V, rendendolo ideale per le applicazioni alimentate a batteria. La corrente a riposo è eccezionalmente bassa: 65 nA durante la regolazione in assenza di carico. Trattandosi di un convertitore DC-DC, è piuttosto facile da configurare e utilizzare in un nuovo progetto. La tensione di uscita viene programmata in base al modo in cui vengono collegati i pin da OUT0 a OUT3. Il dispositivo che accompagna l’LTC3336 è l’LTC3337, un monitor dello stato di salute della batteria primaria e un contatore coulomb nanopower. È un altro dispositivo facile da utilizzare in un nuovo progetto: è sufficiente collegare i pin IPK in base alla corrente di picco richiesta, che è compresa tra 5 mA e 100 mA. Eseguite alcuni calcoli in base alla batteria selezionata, quindi selezionate il condensatore di uscita consigliato a seconda della corrente di picco desiderata, indicata nel data sheet. In definitiva, si tratta di una fantastica combinazione di dispositivi per applicazioni IoT con bilancio energetico limitato. Questi componenti sono in grado di monitorare accuratamente l’utilizzo di energia dalla batteria primaria e di convertire efficientemente la sua uscita in una tensione di sistema fruibile. Applicazioni a batteria ricaricabile Passiamo alle batterie ricaricabili. Quest’ultime rappresentano una buona scelta per le applicazioni IoT di maggiore potenza o a consumo elevato, in cui la sostituzione frequente della batteria primaria non è praticabile. Un’applicazione a batteria ricaricabile è Fig. 5 – Fonti di energia e livelli approssimativi disponibili per varie applicazioni un’implementazione più onerosa, a causa del costo iniziale delle batterie e del circuito di carica, ma nelle applicazioni a consumo più alto, in cui le batterie vengono scaricate e caricate frequentemente, questo costo è giustificato e si ripaga in tempi brevi. A seconda della chimica utilizzata, un’applicazione a batteria ricaricabile può disporre di un’energia iniziale inferiore a quella fornita da una cella primaria, ma a lungo termine rappresenta l’opzione più efficiente e, nel complesso, meno dispendiosa. A seconda del fabbisogno energetico, un’altra opzione è l’accumulo tramite condensatori o supercondensatori, ma questi sono più indicati per la funzione di backup a breve termine. La carica delle batterie prevede diverse modalità e profili specifici, a seconda della chimica utilizzata. Ad esempio, la figura 2 mostra il profilo di carica di una batteria agli ioni di litio. Sull’asse orizzontale viene indicata la tensione di batteria, su quello verticale la corrente di carica. Quando la batteria è profondamente scarica, come nella parte sinistra del grafico di figura 2, il carica batterie deve essere abbastanza evoluto da mettersi in modalità di precarica per aumentare la tensione della batteria lentamente fino a un livello sicuro, prima di entrare in modalità a corrente costante. In quest’ultima modalità il circuito di carica eroga alla batteria il valore di corrente programmato, fino a quando la tensione raggiunge il valore previsto per il mantenimento. Sia la corrente che la tensione programmate dipendono dal tipo di batteria utilizzata: la corrente di carica è limitata dal valore C e dal tempo di carica richiesto, mentre la scelta della tensione di mantenimento si basa su un valore considerato sicuro per la batteria. Se il sistema lo richiede, per contribuire a prolungare la durata della batteria i progettisti possono ridurre un po’ la tensione di mantenimento; come sempre in ambito energetico, si tratta di compromessi. Fig. 6 – Schema a blocchi dell’ADP5090 in un’applicazione di harvesting