Sistema di carica per supercondensatori alimentato da batterie primarie LTC ad elevata efficienza e corrente d'ingresso controllata

Gas meters are battery-powered measuring devices, that aims to detect and send data with a certain frequency, lasting for a long periods of time (at least a decade), without any battery replacement. In the last years supercapacitors started to be more and more used in a variety of devices, due to their cost lowering and their increased availability. This way new types of hybrid systems have developed, since they can be used as load decoupling devices for batteries thanks to the their ability to provide large currents without suffering any damage, especially in case that batteries can provide only limited currents. In devices where significant impulsive currents are required, the coupling of batteries and supercapacitors allows the use of batteries with reduced specific power and overall dimensions, as the limited capacity to deliver current is compensated by the supercapacitor. The operating life of a battery-powered device depends on the charging system: less energy is wasted, more data sending and reading cycles can be performed. In this thesis developed in Maxim Integrated it has been analyzed an efficient charging system, that aims to limit the stress for the gas meter battery, in order to increase the operating life of the battery compared to other existing methods, mainly linear and dissipative, granting however low cost and relative simplicity. The current withdrawn from the battery can be set in a range from 5mA to 68mA, at steps of 1mA, with a variation of the average current in a range of ±15%, under operating conditions.

I gas meter sono dispositivi di misura alimentati a batteria, che devono rilevare ed inviare dati con una certa frequenza e per periodi temporali lunghi (almeno un decennio), senza dover necessitare di una sostituzione della stessa. Negli ultimi anni, i supercondensatori hanno cominciato ad essere sempre più presenti all'interno di svariati dispositivi, grazie al ridursi dei costi e all'aumentare della loro disponibilità. Questo ha aperto la strada a nuove tipologie di sistemi ibridi, in quanto grazie alla loro capacità di fornire grandi correnti senza subire danni, possono essere utilizzati come dei disaccoppiatori di carico per le batterie, soprattutto se le stesse sono in grado di fornire solo correnti limitate. In applicazioni dove sono richieste rilevanti correnti impulsive, l'accoppiamento di batterie e supercondensatori permette l'utilizzo di batterie con ridotta potenza specifica ed ingombro, in quanto la limitata capacità di erogare corrente viene sopperita dal supercondensatore. La durata operativa di un dispositivo alimentato a batteria è dipendente dall'efficienza del sistema di carica: meno energia si spreca, più cicli di invio dati e lettura si potranno effettuare. In questo lavoro di tesi svolto presso Maxim Integrated è stato analizzato un sistema di ricarica efficiente ed in grado di limitare lo stress per la batteria del gas meter, atto ad incrementare la durata operativa della stessa rispetto a metodi attualmente in uso, principalmente lineari e dissipativi, mantenendo però una relativa semplicità ed un basso costo. La corrente prelevata dalla batteria può essere regolata in un intervallo da 5mA a 68mA, a passi di 1mA, con una variazione della corrente media in condizioni operative in un range del ±15%.