Hallo liebes Forum,
ich bin ein bisschen mit der drahtlosen Energieübertragung bei RFIDs
(also im Bereich von 13.56 MHz) vertraut.
Mein Projekt: die drahtlose Energieversorgung eines Microcontrollers der
halbstündlich eine relativ starke rote LED (400mA, 3.2V) für zwei
Sekunden über einen Treiber-IC anschalten soll. Da dies eine Menge
Leistung ist und schwer über induktive Kopplung zu erreichen ist kommt
noch ein SuperCap (cap-xx, 470mF, 4.5V, 70mOhm) und entsprechende
'Energy Harvesting' IC's ... Gleichrichter ... Step-up Konverter
Mein Problem ist, dass die Recieverspulen bei 13.56 MHz für meine
Anwendung zu groß und schwer sind, deshalb würde ich gerne mit der
Frequenz hoch. Anbieten würde sich das 150 MHz Band nach Vg. 6/2005.
Nun ist meine Frage ob sich bei diesen Frequenzen tatsächlich noch
induktive Kopplung bewerkstelligen lässt, oder ob hierbei dann schon die
elektromagnetische Kopplung sinnvoller wäre?
Vielen lieben Dank ... und ich gebe es zu ich bin Mediziner und kein
Fachmann in Sachen Elektronik ... also bitte verzeiht mir!
Grüße,
Bernd
Tja wir verzeihen Dir wohl gerne, dass Du kein Fachmann, sondern
Mediziner bist.
Nur müsste zum Abschätzen der Möglichkeiten die Geometrie der Anordnung
zumindest ungefähr beschrieben sein.
Auf jeden Fall müsste auch das Medium bekannt sein, durch das die
Energie übertragen werden muss.
Gegenüber einer Energieübertragung mit 13,56 MHz dürften die
Verhältnisse bei 150 MHz eher wesentlich schlechter sein, denn die
Streuung in die Gegend wird umd den Faktor 150/13,6 stärker wegen des
schlechteren Verhältnisses Abmessung zur Wellenlänge. Außerdem ist die
Absorption der Energie in Wasser und andren Medien bei 150MHz deutlich
höher. (mindestens proportional zur Frequenzerhöhung.)
Eher könnte man eine Verbesserung dadurch erreichen dass man Ferrit in
den Spulen bei Sender und Empfänger anordnet und damit die Kopplung
zwischen den Spulen erhöht.
Vielen Dank für Eure Antworten ...
Also mit wässriger Umgebung müssen wir nicht rechnen ... aber zumindest
einen Arbeitsabstand von 5-15 cm, wobei die Recieverspule am Besten 21,0
mm x 14,0 mm x 2 mm nicht überschreiten.
Grüße,
Bernd
Bernd schrieb:> Arbeitsabstand von 5-15 cm, wobei die Recieverspule am Besten 21,0> mm x 14,0 mm x 2 mm nicht überschreiten.
Dann wirst du die Idee wohl vergessen müssen.
Kannst du einen Laser und eine Solarzelle zur Energie Übertragung
benutzen?
Selbst wenn die Elektronik nur 50% Wirkungsgrad hat, wäre eine
Ausgangsleistung der Solarzelle von 3mW ausreichend.
Ferner solltest du einmal ventilieren, ob nicht eine rote Laserdiode
einen besseren Wirkungsgrad hat, als die rote LED.
@ Bernd (Gast)
>einen Arbeitsabstand von 5-15 cm,
Verdammt viel.
> wobei die Recieverspule am Besten 21,0>mm x 14,0 mm x 2 mm nicht überschreiten.
Verdammt wenig.
Das wird eng. Selbst mit Kompensation des Streufeldes.
150MHz braucht man da nicht, eher 150 kHz. Man kann ja man rechnen,
welche Induktivität eine Kreisringspule mit einer WIndung mit 14mm
Durchmesser hat, oder ein Oval 14x21. Dann kann man die Frequenz mit
einem sinnvollen Kondensator ausrechnen, vielleicht 1-5MHz. Sollte
reichen.
>halbstündlich eine relativ starke rote LED (400mA, 3.2V) für zwei>Sekunden über einen Treiber-IC anschalten soll.
Macht im Mittel 0,4mA. Quasi nix. Das kann ein größerer Kondensator
puffern,ggf. ein Supercap.
Also schlagt Ihr mir vor, dass niedrigere Frequenzen hierfür geeignter
sind? Dann würde ich bei den besagten 13.56 MHz bleiben, denn eine ~1µH
Spule lässt sich ja prima mit den besagten Ausmaßen herstellen.
Das einzige was mir eben jetzt nicht einleuchtet, warum ich eine größere
Spule bei höheren Frequenzen (kürzere Wellenlänge) benötigen soll ...
könnt Ihr mir da auf die Sprünge helfen?
Besten Dank!
Bernd
Zudem wollte ich noch anfügen, dass ich mir im Klaren bin, dass sich
eine Idealsituation (maximale Effizienz) schwerlich einstellen lässt,
eben wegen dem besagten Abstand und der Recieverspulengröße. Allerdings
wollte ich wissen ob ich nicht einen höherebn Wirkungsgrad bei 150 Mhz
mit einer kleinen Recieverspule erhalte, als mit 13.56 Mhz.
Besten Dank!
Bernd
Bernd schrieb:> Also mit wässriger Umgebung müssen wir nicht rechnen .
Womit denn dann?
Du solltest bedenken, dass bei einem derartig niedrigen Kopplungsgrad
die Feldstärke in der Nähe der Senderspule sehr hoch ist, und dass auch
hinter der Empfängerspule und überall in der Umgebung das Feld nicht
schlagartig auf 0 abfällt, sondern große Volumina durchflutet.
Nächster Punkt:
Wenn Sende- und Empfangsspule nicht korrekt aufeinander ausgerichtet
sind, musst du die Sendeleistung noch höher wählen, damit der Empfänger
genug Energie abgibt.
Es gibt auch Nullstellen in den Richtdiagrammen von Sende und
Empfangsantenne.
Was dann?
Da du schreibst, daß du Mediziner bist, fürchte ich, daß du dir einen
Mikrowellenherd zusammenbastelst.
Es gibt übrigens Grenzwerte für nicht ionisierende Strahlung ...
Hallo, und danke für die zahlreichen Antworten.
Ich habe auch befürchtet dass der Skin-Effekt den ich aus
Tesla-Experimenten und der Verwendung von HF-Litzen kenne eben irgendwie
negative im Zusammenhang mit der Effizienz steht.
Ich denke aber, dass ich mich auch hinsichtlich der biologischer
Sicherheit wegen auf die bekannten und weit genutzten RFID Frequenzen
beschränke.
Da ich ja eigentlich eine Art "RF Energy Harvesting" betreiben will bei
einer argen Beschränkung der Empfängergröße, hätte ich meine Frage
anders formulieren müssen. Es gibt ja auch zahlreiches Buchmaterial über
dieses Thema zB. "Wireless Power Transfer for Medical Systems" Sun T. et
al. 2013, oder "Energy Harvesting Technologies" Priya S. et al. 2009,
allerdings wird hier eben oft von Extrem-Situationen ausgegangen,
beispielsweise der Patient geht zum Aufladen sehr nahe an eine HF
Transmittespule ... oder das andere Extrem .. wir sammeln Energy aus dem
2.4GHz Band. Hat man aber einen kleinen pelzigen Patienten, der sich
nicht immer ideal selbstständig positioniert sehen die Verhältnisse
schon anders aus.
Zur Versorgung meines Schaltkreises dachte ich zuerst an das System von
Powercast (http://www.powercastco.com) allerdings werden hierbei 1-3W @
915 MHz versendet und da wird selbst der gelassenste BNetzA Mitarbeiter
unruhig .... ich wusste eben nicht ob ich bei derat kurzer Entfernung
eher auf elektrische oder auf magnetische Kopplung setzten soll.
Ich habe mich aber jetzt entschieden, und werde eine Arbeitsfrequenz von
13.56 Mhz wählen, die besagte ~1µH Luftspule und mit einer
Gleichrichter/Spannungsverdoppler-Schaltung über eie Step-Up
Konverter/Spannungsregler Kombi einen SuperCap laden.
Besten Dank und Grüße,
Bernd
Dennoch fühle ich mir geholfen und bedanke mich schon einmal.
Jetzt werde ich die oben besagte Empfangsspule
Bernd schrieb:> Hat man aber einen kleinen pelzigen Patienten,
Ist der schon mumifiziert, oder wie kommst du auf die Idee, daß das
keine wässerige Umgebung darstellt?
Ihr geht ja hier vom Schlimmsten aus ... nein nein! Ich werde hier
nichts implantieren oder so ... sondern es gibt kleine Jacken/Westen für
Nager aller Art.
Grüße,
Bernd
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