アイデアを実現するにはエネルギーが必要です。技術的なアイデアを人々が使用して楽しめる製品にするには、そのアイデアを実現するための効率的で適切な方法を考え出す必要があります。この記事では、電力管理の基礎と、テクノロジー製品を構築する際に考慮すべき事項について説明します。
パワーの基本とは何でしょうか?
まずは基本から始めましょう: 電圧、電流、抵抗。電圧はボルトで測定され、電流はアンペアで測定され、抵抗はオームで測定されます。電気に関する入門クラスで最初に学ぶのはオームの法則です。オームの法則では、V = IR、つまり電圧 = 電流x抵抗と規定されています。これは、すべてがどのように機能するかを定義するため、テクノロジー製品にとって非常に重要です。この式を使用すると、電圧の量、電圧を適用する物体の抵抗、デバイスに必要な電流を把握できます。
水を使えば電気がどのように流れるかを理解できます。巨大なバケツに水が入っていると想像してください。水はシステム内の電子を表します。パイプに水を注ぐと、流量は電流のようになり、パイプの制限は抵抗として機能し、パイプの各セクション間の圧力差は電圧に類似します。パイプを細くすると、流れに対する抵抗が増加し（抵抗が増加）、その結果、水の流れが減少します（または、電流が低下します）。水圧を上げると（電圧が高くなる）、同じ抵抗でも水の流れが速くなります（電流が増加）。
これをテクノロジー製品に適用すると次のようになります。バッテリーの電圧は化学組成によって異なるため、まずはどのようなバッテリーが必要かを考えてみましょう。(可能であれば、非標準の化学物質を選択することは避けてください。そうすれば、将来多くの頭痛の種を防ぐことができます。)
電力消費とは何ですか? また、なぜそれが重要なのですか?
消費電力とは、デバイスで使用している電力の量です。電力消費は顧客にとってますます重要な考慮事項になっていることに留意してください。デバイスを長時間稼働させるのに十分な電力がない場合、ユーザーは不満を感じる可能性があります。消費者がより環境に優しいデバイスを求めるようになると、不要な電力の使用を防ぐために、コンセントに差し込む製品であっても、電力消費についてより深く考える必要があります。オプションの制限を理解するために少し時間を取ってください。
家庭用/産業用システム。デバイスが大量の電力を必要とし、携帯性が問題にならない場合は、デバイスを壁のコンセントに差し込むのが最適です。ヘアドライヤーやキッチン家電は、大量の電力を必要とするため、コンセントに差し込んだときに最もよく機能するハイテク製品の好例です。
家庭用電圧は地域によって異なります。北米では、家庭用電圧は120ボルトです。しかし、世界の他の多くの地域では、電圧は220Vです。より高い電圧や電力が必要な場合は、電力会社から直接変圧器を取り寄せる必要があります。
バッテリー。バッテリーには、充電式と非充電式の2つの主な選択肢があります。一般的なAA電池2本は、充電できない電池の好例です。ユーザーは自分でバッテリーを交換する必要があるため、製品の設計にはバッテリー パックへのアクセスを含める必要があります。多くの消費者が充電式バッテリーを求めており、リチウムバッテリーの化学的進歩により、その選択肢を提供することがますますコスト効率が良くなっていることに留意してください。
ほとんどのポータブルデバイスでは、充電式バッテリーが最適です。現在、ほとんどのバッテリー化学組成に合わせて設定されたIC (集積回路) が多数あります。リファレンスデザインを調べたり、デバイス内の充電式パックに電力を供給できるモジュールを入手したりできます。デバイスはバッテリーから必要な電力を供給されますが、ユーザーにバッテリー寿命を長くしてもらうためには、電力消費にも注意する必要があります。
太陽。太陽光発電に関して一番に問われるべき質問は、「デバイスは十分な太陽光を集めることができるか？」です。主に屋内で使用する場合は、窓や照明から得られるエネルギーは少量のみになります。また、デバイスが使用される場所も考慮してください。雨の多い気候や暗い気候で使用する場合、利用できる太陽エネルギーは大幅に少なくなります。
一般的に、太陽エネルギーは、通常の電力線が届かない遠隔地でエネルギーを必要とするシステムがあり、バッテリーを定期的に充電または交換することが難しい状況に最適です。遠隔通信、遠隔監視、ポータブル電源パック、さらには玩具なども太陽光発電の応用の良い例です。太陽光発電は独自の電力システムとして機能しますが、エネルギーは必ずしも安定しているわけではなく、電力レベルは通常低いことに注意してください。
電源設計を構築するためのベストプラクティス
電力節約こそがゲームの目的です。大量の電力を消費するデバイスの場合は、いくつかの機能を電力節約専用にする必要があります。デバイスの電力消費を削減する方法はいくつかあります:バッテリー監視システム。多くのチップにはバッテリー監視システムが組み込まれています。その役割は2つあります。まず、製品設計内でそれを使用することで、デバイスの電力レベルを一定に保つことができます。バッテリーが放電すると、電圧がわずかに変化します。システムの残りの部分は設定された電圧に基づいて構築されているため、その電圧を必ず監視する必要があります。バッテリー モニターは電圧を監視して、バッテリー寿命を延ばすのに役立ちます。
次に、バッテリー モニターはバッテリー全体を保護します。バッテリーを監視して、大量の電力を消費したり、暖かい環境で動作している場合でも、バッテリーが熱くなりすぎないようにします。バッテリー モニターは熱暴走を防ぎ、バッテリーが溶けたり爆発したりしないようにします。また、電圧が高すぎるか低すぎる場合に、いつバッテリーを外してデバイスをシャットダウンするかを回路に指示することで、損傷を防ぐこともできます。バッテリー技術には信頼できるパートナーが多数存在しますが、まずはアナログ・デバイセズ (ADI) を検討することをお勧めします。お客様のニーズに合った幅広いバッテリーおよび電源管理デバイスを取り揃えています
スリープ モード。バッテリー駆動のIoTデバイスが継続的にデータを送信していると、すぐに電力が不足してしまいます。そのため、電力を節約するために、ほとんどのIoTデバイスは必要な場合にのみネットワークに接続して通信するように設定されています。実際には、デバイスを常にアクティブにしていなくても効果は得られます。
デバイスがネットワークにデータを転送する必要がないときや、回路の限られた部分だけを実行して電力消費を抑える必要があるときに、特定の機能を制限するようにデバイスをプログラムすることができます。必要に応じて、デバイスはアクティブ モードに移行し、タスクを実行してからスリープ モードに戻ることができます。これは携帯電話に似ています。ボタンを押して回路を起動すると、回路は必要な動作を実行し、その後、一定時間が経過すると再びスリープ状態になります。
適切なパートナーを見つける
電力消費を最小限に抑えるために適切なチップを選択します。コンポーネントが電力を消費するたびに熱が発生し、エネルギーが無駄になります。すべてのコンポーネントが同じように作成されているわけではないことに注意してください。一部のコンポーネントは同じ機能を実行するためにより多くの電力を消費し、エネルギーの無駄につながり、顧客はデバイスをより頻繁に充電する必要に迫られます。Analog Devices (ADI) などの特定のメーカーは、バッテリー寿命を延ばし、本質的に環境に優しい、消費電力の少ない効率的なコンポーネントの製造に重点を置いています。Analog Devicesは、Arrow認定プログラムの公式半導体技術プロバイダーであり、感知、測定、接続を行う比類のない技術を提供しています。Arrowの専門家は、お客様のテクノロジー製品に最適なチップやその他のコンポーネントの選択をお手伝いし、ADIなどの業界リーダーとのつながりも提供します。Arrow認定プログラムでパワープランを強化
製品に適した電源とICおよび回路設計の適切なバランスを見つけることで、ユーザーが製品を気に入ってくれるか、常に充電しなければならないのが面倒だと友人に話すかの違いが生じます。しかし、 Arrow認定プログラムの巧みなガイダンスがあれば、製品に最適な選択を行うために必要なサポートが得られます。Arrowの専門家がお客様の設計を確認し、提案を行うほか、エネルギー効率の高いチップやその他のコンポーネントの調達をお手伝いします。
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