Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAOIGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przyszłość biosensorów i ładowarek liniowych

ghost666 31 Sty 2018 18:59 864 0
  • Przyszłość biosensorów i ładowarek liniowych
    Biosensory to układy elektroniczne monitorujące różne zjawiska biologiczne i konwertujące mierzone wartości do sygnałów elektrycznych, które mogą być następnie obrabiane dalej i interpretowane przez lekarzy i naukowców. Istnieje szeroka gama biosensorów dostępnych obecnie - od mierników poziomu glukozy we krwi, poprzez testery czystości wody, na testach ciążowych skończywszy. Dzięki miniaturyzacji układów elektronicznych także układy z biosensorami robią się coraz mniejsze. Umożliwiło to narodzenie się kolejnego trendu - integracja tych układów do urządzeń noszonych. Jako układy tej klasy mogą one na stałe być przy pacjencie, zapewniając mu z jednej strony maksymalną możliwą mobilność i komfort życia, a z drugiej strony nieustanną kontrolę lekarza. Tak pacjenci, jak i lekarze zgadzają się w pełni - im mniej czasu spędza się w szpitalu, tym lepiej.

    "Rynek urządzeń mobilnych był w 2015 roku wart 20 miliardów dolarów. Przewiduje się, że do 2025 roku jego wartość wzrośnie do 70 miliardów, głównie dzięki sektorowi ochrony zdrowia" - twierdzi Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznych.

    Różnorodność obecnych i nadchodzących bioensorów jest zdumiewająca. Niebawem na rynek trafić mają ubrania przeciwdziałające odleżynom, które delikatnymi impulsami elektrycznymi mają pobudzać krążenie, buty, które korygować mają wady postawy, koszulki, które monitorują poziom stresu badając aktywność serca i tempo oddechu czy specjalne skarpetki, które monitorują stan zdrowia noworodków i na żywo podają podstawowe dane na smartfonie rodzica.

    Obecnie wiele urządzeń noszonych do monitorowania stanu zdrowia jest jednorazowa lub wykorzystuje wymienne baterie. Jednakże, wraz z ich wzrostem na zapotrzebowanie na energię elektryczną, ciągłe wymienianie baterii staje się problematyczne. To główny powód wprowadzania akumulatorów do tego sektora. Ewolucja noszonych biosensorów z akumulatorami może być szansą dla ładowarek liniowych na rozwinięcie swojego udziału w tym sektorze. Wbudowane ładowarki liniowe w biosensorach noszonych mogą być tak kompaktowe i wygodne, jak tylko się da. Systemy te używają zazwyczaj ogniw o niewielkiej pojemności, co oznacza, że wymagają precyzyjnej kontroli podczas całego cyklu ładowania, by zapewnić maksymalne naładowanie baterii i długi czas jej życia. Ładowarki liniowe oferują takie właśnie możliwości.

    Przyszłość biosensorów i ładowarek liniowych
    Rys.1. Najmniejsza ładowarka liniowa w ofercie Texas Instruments porównana z czubkiem ołówka.


    Główną zaletą biosensorów noszonych jest fakt, że działają cały czas, całą dobę. Im częściej trzeba je ładować, tym krócej użytkownik będzie je nosił. Te miniaturowe i lekkie układy, aby stać się popularne na rynku, muszą być jak najbardziej bezobsługowe. Dlatego też potrzebne są systemy ładowania, które zmaksymalizują czas pracy ogniwa, ale jednocześnie zmieszczą się w miniaturowym urządzeniu. Na rysunku 1 pokazano układ BQ25100 - cała ładowarka oparta o ten kontroler ma zaledwie 2,1 mm x 2,2 mm - bez problemu zmieści się w dziecięcej skarpetce.

    Jeśli w systemie ładowania uda się zintegrować wszystkie potrzebne elementy, to cały układ będzie tańszy i bardziej kompaktowy. Systemy zarządzania zasilaniem, przetwornice DC/DC itp. to naturalne elementy, które chce się zintegrować z ładowarką, która pełnić ma też rolę zasilacza całego systemu. Na rysunku 3 pokazano schemat blokowy przykładowego biosensora w postaci plastra, który mierzy temperaturę pacjenta. Przykleja się go do chorej osoby, a układ w sposób ciągły wysyła dane do np. smartfona. Tego rodzaju system wymaga wielu linii zasilania, wszystkich generowanych z napięcia baterii. Układ BQ25120A idealnie nadaje się do realizacji takiego systemu, gdyż integruje w sobie funkcję aż sześciu różnych układów w jednym, co pozwala na zmniejszenie i uproszczenie całego systemu.

    Przyszłość biosensorów i ładowarek liniowych
    Rys.2. Profil ładowania ogniwa litowo-jonowego.


    Precyzja ładowania jest niezwykle istotna, gdyż przekłada się na ilość ładunku, jaką uda się zgromadzić w ogniwie w każdym cyklu ładowania. Na rysunku 2 pokazano typowy cykl ładowania ogniwa litowo-jonowego. Zakończenie ładowania przy prądzie 1 mA ( a nie 4 mA) pozwala na odzyskanie dodatkowych 5% pojemności, co pozwala na dłuższą pracę układu.

    Nie bez znaczenia jest także prąd, jaki pobiera sam układ ładowania w momencie, gdy nie ładuje ogniwa. Im mniej pobiera on prądu, tym dłużej bateria pozostanie naładowana. BQ25100 ma prąd upływu wynoszący zaledwie 75 nA, który jest pomijalny w porównaniu do prądu samorozładowania typowego ogniwa Li-ion.

    Inną zaletą omawianego układu jest tak zwana technologia PowerPath, czyli możliwość jednoczesnego zasilania systemu i ładowania ogniwa. Oznacza to, że z układu korzystać można także podczas ładowania baterii. Jeśli taką funkcję zestawimy teraz z możliwościami wykorzystania systemów zbierania energii z otoczenia, to można łatwo stworzyć urządzenie, które naprawdę rzadko wymaga doładowania klasyczną ładowarką.

    Przyszłość biosensorów i ładowarek liniowych
    Rys.3. Schemat blokowy prostego sensora do pomiaru temperatury ciała.


    Projektując noszone biosensory, warto pamiętać o wspomnianych powyżej zaletach zintegrowanych systemów z ładowarkami liniowymi. Dzięki nim stworzyć można długo działające, kompaktowe urządzenia z zaawansowanymi funkcjami zasilania, dającymi długi czas pracy pomiędzy ładowaniami.

    Źródło: http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2017/12/04/the-future-of-wearable-biosensors-and-linear-chargers

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9496 postów o ocenie 7525, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • IGE-XAOIGE-XAO