Para este projeto, a energia elétrica gerada através do efeito piezoelétrico será armazenada em uma bateria recarregável; para este realizar a interface que permita este armazenamento vai ser utilizado o seguinte componente LTC 3588, que é um tipo de regulador de tensão com alto nível de conversão e eficiência, onde é capaz de permitir o acúmulo de cargas em baterias.
Outro ponto positivo para se usar este componente é, que quando se usa fontes de energia alternativas, que neste caso é a cápsula piezoelétrica, na energia gerada podem existir picos de tensão e corrente capazes de causar danos aos equipamentos que estiverem conectados.
O LTC 3588 tem nas suas características internas, uma ponte de onda completa, um bloqueio de subtensão (UVLO), um capacitor e um conversor Buck (conversor abaixador). Solução completa para a colheita e armazenamento da energia gerada através da piezoeletricidade (LINEAR TECHNOLOGY, 2010).
Internamente o UVLO permite que a carga se acumule na entrada do capacitor até que o conversor Buck possa transferir eficientemente a carga armazenada para a sua saída. Existem 4 níveis de tensão de saída usando apenas o componente 1,8 V, 2,5 V, 3,3 V e 3,6 V. Porém, projetando um conjunto de proteção na entrada a tensão pode chegar até 20 V permitindo um maior armazenamento de energia para uma determinada quantidade de capacitância de entrada (LINEAR TECHNOLOGY, 2010).
Figura 23 – Pinos do LTC 3588
Fonte: (LINEAR TECHNOLOGY, 2010)
A figura 23 apresenta os pinos do LTC 3588 e as características dos pinos são (LINEAR TECHNOLOGY, 2010) apresentadas a seguir.
• Pino 1 (PZ1) - Conexão de entrada para elemento piezoelétrico, entrada positiva no retificador de onda completa (usada em conjunto com PZ2).
• Pino 2 (PZ2) - Conexão de entrada para elemento piezoelétrico, entrada negativa no retificador de onda completa (usada em conjunto com PZ1).
• Pino 3 (CAP) - Referenciado ao Vin, serve como porta para conduzir uma tensão mais elevada no Vout.
• Pino 4 (Vin) - Tensão de entrada é fixada internamente a um maxímo de 20 V e em conjunto com o CAP serve como reservatório de energia.
• Pino 5 (SW) - Entrada do regulador do conversor Buck. Deve ser inserido um indutor de 10 μH ou maior deve ser conectado entre o SW e Vout.
• Pino 7 (Vin2) - Tensão de entrada de baixa voltagem, serve também como nível lógico para bits de seleção de tensão de saída D0 e D1. Para isso deve ser conctado um capacitor de 4.7 μF entre os pinos Vin2 e o GND.
• Pino 8 (D0) - Bit de seleção de tensão de saída. O D0 deve ter nível alto para Vin2 ou Baixo para GND para selecionar o Vout desejado.
• Pino 9 (D1) - Bit de seleção de tensão de saída. O D1 deve ter nível alto para Vin2 ou Baixo para GND para selecionar o Vout desejado.
• Pino 10 (PGOOD) - Potência de saída lógica alta quando Vout é superior a 92% do valor da entrada.
• Pino 11 (GND) – É o terra ou ponto comum do sistema, o GND deve servir de referência ao Vin.
Na figura 24, apresenta o diagrama de blocos do LTC 3588, bem como uma ilustração mais detalhada do seu funcionamento interno e pinos de referência deste componente.
Figura 24 - Diagrama de blocos do LTC 3588
Fonte: (LINEAR TECHNOLOGY, 2010)
O LTC 3588 é um componente projetado para a colheita de energia diretamente de cápsulas piezoelétricas ou fontes alternadas. Possui uma fonte retificadora de onda completa de tensão, a fim de estabilizar a tensão de entrada do sistema, além de possuir a opção de inserir um capacitor externo na entrada para conduzir uma tensão mais elevada na saída, além de ter a função de regulador de
tensão estabilizando a tensão de entrada até sua saída (LINEAR TECHNOLOGY, 2010).
O LTC 3588 possui em seu interior um retificador de ponte de onda completa acessível nas entradas PZ1 e PZ2 que retifica a entrada CA do elemento piezoelétrico em CC, podendo assim, armazenar a energia no capacitor externo e através do conversor Buck dispor nos pinos de saída do componente o carregamento de uma bateria recarregável (LINEAR TECHNOLOGY, 2010).
A energia gerada pelo elemento piezoelétrico é colhida e armazenada no capacitor de entrada ou no capacitor de saída. Depois a tensão de saída é transformada em qualquer excesso e a energia é armazenada no capacitor de entrada e sua tensão aumenta (LINEAR TECHNOLOGY, 2010).
Quando existe uma carga na saída, o Buck pode transferir eficientemente a energia armazenada em alta tensão para a saída regulada. Enquanto o armazenamento de energia na entrada utiliza a alta tensão, a corrente de carga é limitada para o que o conversor do Buck pode fornecer. Para cargas maiores precisa- se dimensionar um capacitor na saída que suporte uma corrente maior por algum tempo (LINEAR TECHNOLOGY, 2010).
De acordo com o supracitado, o LTC3588 é um componente destinado ao armazenamento de energia piezoelétrica por possuir em suas características internas um retificador de ponte de onda completa e um conversor Buck. Estes dois servem para regular a tensão de entrada, retificar a tensão alternada na entrada em tensão continua na saída e posterior armazenar em uma bateria.
Na sequência, a energia elétrica gerada é convertida na forma contínua. Esta conversão é necessária para o carregamento e armazenagem desta energia. Para realizar esse processo, pretende-se utilizar baterias de íons de Lítio, conforme figura 25.
Figura 25 - Baterias de Íons de Lítio
Fonte: (UDESC, 2012)
As baterias de lítio oferecem várias vantagens, possibilitando a armazenagem de uma grande quantidade de energia devido às suas ligações atômicas, à alta reatividade, e em baterias extremamente leves devido à baixa densidade do metal, características que as tornam comerciais e oferecem um melhor desempenho com um custo baixo. Outra vantagem neste tipo de bateria é a ausência do efeito memória possibilitando a carga e descarga a qualquer momento (TATEYAMA, 2011).