IoT Cihazları İçin Yüksek Verimli Güç Kaynağı

Nesnelerin İnterneti (IOT) ile interaktif teknolojiler hızlıca hayatımıza girmiştir. IOT cihazlarında çeşitli problemler yaşanabilmektedir, en sık görülen problemlerden biri besleme problemidir. MIT, IoT cihazlarını beslemek için verimli bir güç dönüştürücüsü üzerinde çalıştığını açıkladı. Detaylar yazımızın devamında...

A- A+

26.07.2017 tarihli yazı 7344 kez okunmuştur.

IoT Nesnelerin İnterneti Verimlilik Güç Kaynağı

MIT araştırmacıları IoT cihazlarının tasarımlarında kökten değişiklikler sağlayacak verimli bir güç dönüştürücüsü tasarlıyor. Nesnelerin internetinde cihazların enerji verimliliği; azalan cihaz boyutları ve sınırlı enerji depolama kapasitelerinden dolayı tasarımcılar için oldukça kritik bir noktadır. IoT cihazlarının bir çoğunun güç beslemeleri zordur ve bataryaların değiştirilmesi sorun yaratan noktalar arasındadır. Bu nedenle cihazların üzerindeki sensörlerin ve diğer komponentlerinin ideal bir kalem pil ile yıllarca çalıştırması gerekir. Tasarımları gereği bu cihazların bir çoğu zamanın büyük bir bölümünü düşük güç modunda geçirmektedir. Sistem belirli bir görevi yerine getirmesi gerektiğinde aktif olarak çalışıyor, daha sonra tekrar hızlı bir şekilde düşük güç moduna dönüyor.

MIT'nin geliştirdiği yeni teknolojiye göz atmadan önce IoT cihazlarına güç sağlama konusunu ve tasarımcıların bu konudan nasıl etkilendiklerini detaylı bir şekilde inceleyelim.

IoT Aygıtları ve Diğer Küçük Cihazları Beslemedeki Zorluklar

Mobil aygıtlar ve dizüstü bilgisayarlar enerjilerinin tasarruflu bir şekilde kullanmaları gerektiğinde ekranlarını karartacak ve çeşitli opsiyonlarını kullanabilecek güçlü işletim sistemlerini üzerlerinde barındırıyorlar. Bununla birlikte yüksek performanslı işlemcilerin kullanımı sınırlı yerleşik bellekleri ve maliyet sınırları dolayısıyla IoT cihazları için neredeyse imkansızdır. IoT cihazlarında güç dönüştürücüleri, cihaz boş modda olup, yüke herhangi bir akım sağlamıyorken bile enerji tüketmediktedirler. Cihazlar durgun gücünü korumak için mikroamperler seviyesinde akımlar çekmektedir. Cihaz bu moddan çıkıp haberleşme, sensör kullanımım gibi ihtiyaçları gidermek için enerjilenmek istediğinde bu akım miktarı cihaz için yüksek sayılabilecek değere çıkıyor.

►İlginizi Çekebilir: Nesnelerin İnterneti | Internet of Things

IoT Cihazları İçin Enerji Tasarrufu Stratejileri

Cihazlarda maksimum enerji verimliliği seviyelerine ulaşmak çeşitli enerji tasarrufu stratejileri geliştirmeyi gerektirir. Bu stratejiler etkili bir yazılımın yanı sıra tasarımda verimli bir donanım kombine etmekle de mümkündür. Bir dönüştürücü tasarımında dikkat edilmesi gereken bazı maddeler vardır, bu maddeleri; kart tasarımı, donanım bileşenleri, yazılım kodları, veri işleme, şifreleme özelliği ve ağ protokolleri enerji gereksinimini olarak sıralayabiliriz. Cihazın enerji profilinin hem aktif hem de bekleme modunda çalışırken çıkarılması gerekmektedir. Burada tasarımcı; devrenin çalışmasını, işleyiş sürecini, yazılım algoritmalarını analiz ederek en fazla enerjinin nerede tüketildiği tespitini yapar ve bu şekilde enerji tasarrufu imkanı olup olmadığı da tespit edilebilir. Bir tasarımda güç tasarrufu sağlamada yapılabilecek temel şeyler şu şekilde sıralanabilir.

► Anahtarlamalardaki kayıpların azaltılması
► Verici devrenin güç tüketiminin azaltılması
► Dahili güç kaynağından gerilim seviyelerinin oluşturulması
► Aygıt için en iyi donanımın seçilmesi ve donanımın optimize edilmesi
► Aygıt yazılımını optimize edilmesi

MIT'den Yüksek Verimli Enerji Dönüştürücü

MIT araştırmacıları oldukça verimli bir enerji dönüştürücü üzerinde çalışıyor. Bu dönüştürücü 1.2 ve 3.3 voltluk giriş voltajlarıyla çalışan ve daha 0.7 ve 0.9 volta düşebilen basamaklı bir dönüştürücüdür. Dönüştürücüde elektronik anahtarlar, kondansatörler, indüktörler ve güç gereksinimine bağlı olarak anahtarları farklı hızlarda açıp kapamaya yardımcı olan değişken bir saat kullanılıyor. Cihaz uyku modundayken yalnızca çok düşük bir enerji gönderiliyor. Örneğin; bir ölçüm alarak veriyi vericiler sayesinde aktarması gerektiği enerjinin maksimum derecede kullanılacağı durumlarda gerekliliğine bağlı olarak yüksek enerji gönderebiliyor.

Tasarlanan bu dönüştürücü aşağıdaki işlemleri yerine getiriyor:

► Devrenin sadece o anki gerektirdiği enerjiyi sağlayarak cihazın kullandığı güç miktarını azaltıyor
► Uyku veya dinlenme modunda cihazın enerji tüketimi yaklaşık %50 oranında azalıyor
► Cihaz 500 pikoamperden 1 miliampere kadar geniş bir güç tüketii aralığında verimliliğini koruyabiliyor.

IoT ve diğer küçük cihazlardaki devrelerde güç verimliliğini artırmak için; hem aktif hem de uyku modunda cihazın tükettiği enerji miktarının azaltılmasını gerektirir. Bu azaltma için de bir takım stratejiler gerekmektedir. Güç tüketimini azaltmak pil ömrünü önemli ölçüde uzatır. Bu noktada MIT'in geliştirmekte olduğu cihaz IoT cihazlarının gerçekten verimli bir hal almasını ve bununla birlikte pek çok düşük enerjili uygulamaların geliştirilmesini sağlayabilir.

Kaynak:

►allaboutcircuits