Projektowanie

Kilka uwag o zasilaniu urządzeń

Zużycie energii staje się coraz ważniejszym czynnikiem dla klientów - użytkownicy będą niezadowoleni, jeśli urządzenie nie ma wystarczającej mocy do długiego działania.

Aby przekształcić technologiczny koncept w produkt, z którego użytkownicy będą mogli swobodnie korzystać i się nim cieszyć, trzeba przemyśleć skuteczny i odpowiedni sposób jego zasilania. W artykule omówimy podstawy zarządzania energią oraz kwestie, które należy wziąć pod uwagę podczas tworzenia produktu.

Podstawy zasilania

Zacznijmy od podstaw: napięcie, prąd i rezystancja. Napięcie mierzone jest w woltach, prąd w amperach, a rezystancja w omach.

Pierwszą rzeczą, której naucza się na wszystkich podstawowych zajęciach na temat elektryczności, jest Prawo Ohma. Prawo Ohma mówi, że:

V = IR

lub inaczej

napięcie = prąd x rezystancja

Ma to kluczowe znaczenie dla każdego produktu opartego na technologii, ponieważ określa podstawy jego działania. Korzystając z tego wzoru, można zrozumieć poziom dostępnego napięcia, rezystancję obiektu, do którego przykładasz napięcie oraz zasób prądu, którego potrzebujesz dla swojego urządzenia.

Aby zrozumieć, jak przepływa energia elektryczna, można użyć przykładu wody. Wyobraźmy więc sobie, że mamy gigantyczne wiadro wody, która reprezentuje elektrony dostępne w systemie. Jeśli wlejesz wodę do rury, natężenie przepływu jest podobne do prądu, wszelkie ograniczenia rury działają jako opór, a różnica ciśnień między odcinkami rury jest analogiczna do napięcia. Jeśli zmniejszysz rurkę,  zwiększa się opór przepływu (czyli zwiększa się rezystancja), w wyniku czego zmniejsza się sam przepływ wody (czyli zmniejsza się prąd). Zwiększając ciśnienie wody (wyższe napięcie) powodujesz, że woda przepływa z większą prędkością (wzrost prądu) przy tym samym oporze.

Jak odnosi się to do projektu produktu? Napięcie baterii będzie się różnić w zależności od zastosowanej w niej chemii, więc zacznij od zastanowienia się, jakiej baterii będziesz potrzebować (jeśli to możliwe, unikaj jednak wybierania niestandardowych konstrukcji - zaoszczędzi ci to wielu bólów głowy w przyszłości).

Co to jest zużycie energii i dlaczego jest ważne?

Zużycie energii to oczywiście ilość zużywanej przez urządzenie energii. Należy pamiętać, że zużycie energii staje się coraz ważniejszym czynnikiem dla klientów. Użytkownicy będą niezadowoleni, jeśli urządzenie nie ma wystarczającej mocy do długiego działania. Konsumenci są też coraz bardziej wyczuleni na punkcie urządzeń przyjaznych dla środowiska – tym bardziej musisz pomyśleć o zużyciu energii, nawet w przypadku produktów podłączonych do gniazdek.

Poświęć trochę czasu, aby zrozumieć ograniczenia swoich opcji:

  • Jeśli urządzenie będzie wymagało dużo energii i nie musi być przenoszone, prawdopodobnie najlepiej jest je po prostu podłączyć do gniazda sieciowego. Suszarki do włosów i urządzenia kuchenne to świetne przykłady produktów, które ze względu na duże zapotrzebowanie na energię, działają najlepiej po podłączeniu do sieci.

Napięcie domowej sieci różni się w zależności od regionu. W Ameryce Północnej napięcie w gospodarstwie domowym wynosi 120 woltów, jednak pozostałych krajach jest to zwykle 220V. W przypadku każdego urządzenia, które wymaga większego napięcia lub mocy, w konstrukcji musisz uwzględnić transformator przekształcający energię dostarczaną przez dostawcę prądu.

  • Bateria. Masz dwie główne możliwości wyboru baterii: ładowalny akumulatorek lub bateria jednorazowa. Typowe podwójne paluszki AA są doskonałym przykładem baterii jednorazowego użytku. Oznacza to, że użytkownik musi samodzielnie wymieniać baterie, co oznacza jednocześnie, że ​​projekt będzie musiał uwzględniać dostęp do zestawu baterii. Należy pamiętać, że wielu konsumentów preferuje akumulatory, a wraz z postępem w dziedzinie chemii baterii litowych ta opcja staje się coraz bardziej opłacalna.

W przypadku większości urządzeń przenośnych najlepszym rozwiązaniem są akumulatory. Istnieje wiele układów scalonych, skonfigurowanych do współpracy z większością rodzajów chemii stosowanej w akumulatorach. Łatwo jest wyszukać projekty referencyjne lub wykorzystać moduły, które pozwolą zasilić akumulator. Jeśli zdecydujesz się na zasilanie urządzenie z baterii, aby zapewnić użytkownikom dłuższą żywotność baterii, musisz zwracać szczególną uwagę na zużycie energii.

  • Energia słoneczna. Twoje pytanie numer jeden dotyczące ewentualnego wykorzystania energii słonecznej powinno brzmieć: czy urządzenie jest w stanie zebrać wystarczającą ilość światła słonecznego? Jeśli ma być używany głównie w pomieszczeniach, będzie zbierał tylko niewielkie ilości energii przez okna lub z oświetlenia.  Jeśli urządzenie będzie używane w klimacie deszczowym lub charakteryzującym się niedoborem światła, trudno polegać na energii słonecznej.

Generalnie, energia słoneczna jest najczęściej wykorzystywana w sytuacji, w której system znajduje się w odległej lokalizacji, gdzie linia energetyczna nie może do niego dotrzeć i gdzie regularne ładowanie lub wymiana baterii jest trudne. Zdalna komunikacja, monitorowanie, przenośne zasilacze, a nawet zabawki to dobre przykłady zastosowań energii słonecznej. Energia słoneczna może funkcjonować jako autonomiczny system zasilania, ale pamiętaj, że poziom tej energii nie jest stały, a poziom dostępnej mocy jest zwykle niski.

Strona: 1/2
Następna