引言
超低功率微控制器的近期發(fā)展造就了具有空前集成度的器件（對于其運作所需的功率而言）。這些器件是片上系統，采用了新銳節能方案（例如關(guān)斷電路進(jìn)入空閑狀態(tài)）。事實(shí)上，運行這些器件所需的功率非常之低，以至于許多傳感器逐步實(shí)現了無(wú)線(xiàn)化，因為它們可以方便地通過(guò)電池來(lái)供電。不幸的是，電池必須定期更換，這種維護工作既費錢(qián)又費事。而從傳感器的局部環(huán)境中采集環(huán)境機械能、熱能或電磁能則有可能是一種更為有效的無(wú)線(xiàn)電源解決方案。
圖1所示的是一款完整的能量收集解決方案，專(zhuān)為諸如壓電傳感器等高阻抗源而優(yōu)化。它內置了一個(gè)低損耗全波橋式整流器和一個(gè)高效率同步降壓型轉換器，用于將能量從一個(gè)輸入存儲器件傳輸至輸出，以產(chǎn)生一個(gè)可支持高達100mA負載的穩定電壓。LTC3588－l采用10引腳MSE封裝和3mmx 3mm DFN封裝。
圖1：專(zhuān)為諸如壓電傳感器等高阻抗源而優(yōu)化的完整能量收集解決方案
環(huán)境能量源
環(huán)境能量源包括光、溫差、振動(dòng)梁、射頻（RF）發(fā)射信號或任何其他能夠通過(guò)某種換能器產(chǎn)生電荷的信號源。例如：
·人們采用小型太陽(yáng)能電池板為手持式電子設備供電已有多年，此類(lèi)電池板在陽(yáng)光直射和間接光照射的情況下能夠分別產(chǎn)生幾百mW／cm2的功率密度。
·當存在溫度梯度時(shí)9塞貝克（Seebeck）器件可將熱能轉換為電能°熱能量源多種多樣，從體熱（可產(chǎn)生幾十pW／cm2的功率密度）各不相同。
·壓電器件可通過(guò)器件的壓縮或彎曲而產(chǎn)生能量。壓電元件能夠產(chǎn)生幾百pW／cm2的功率密度（取決于其尺寸和結構）。
·RF能量收集由天線(xiàn)來(lái)完成9可產(chǎn)生幾百pW／cm2的功率密度。
要成功地設計完整的獨立型無(wú)線(xiàn)傳感器系統，就需采用節能型微控制器和傳感器，它們消耗極少電能，可從低能量環(huán)境獲取能量。目前，這兩類(lèi)器件在市面上都很容易獲得，而所缺失的一環(huán)則是能夠將傳感器輸出轉換為一個(gè)可用電壓的高效功率轉換產(chǎn)品。
圖2示出了一款能量收集電源系統，它包括能量源／傳感器、一個(gè)能量?jì)Υ嬖鸵环N用于將該儲能轉換為一個(gè)可用穩定電壓的設各。另外，在換能器和能量?jì)Υ嬖g或許還需要布設一個(gè)電壓整流器網(wǎng)絡(luò )。用于防止能量回饋至傳感器中，或在采用壓電器仵的情況下負責對AC信號進(jìn)行整流。
圖2：能量收集系統紐件
應用實(shí)例
對于在DO和D1輸入引腳上設定的特殊輸出電壓，LTC3588-1要求傳感器的輸出電壓高于欠壓閉鎖上升門(mén)限限值°為了實(shí)現能量傳輸的最大化，換能器必須具有一個(gè)兩倍于輸入工作電壓的開(kāi)路電壓、以及一個(gè)兩倍于所需輸入電流的短路電流。這些要求必須在信號源的最小激勵電平條件下滿(mǎn)足，以實(shí)現連續輸出功率�！�
壓電傳感器應用
圖3示出了一個(gè)壓電系統。當被置于氣流之中時(shí)，該系統可在3.3V電壓條仵下產(chǎn)生100uW的功率。在50Hz頻率下，壓電元件的彎曲量為0.5cm。
圖3：壓電式能量收集器
Seebeck傳感器應用
圖4示出了一個(gè)能量收集系統，該系統采用了由Tellurex公司提供的Seebeck傳感器。溫差產(chǎn)生了一個(gè)可支持300mW輸出負載的輸出電壓。把傳感器連接至PZI輸入可防止反向電流在熱源被拿掉時(shí)回流至Seebeck器件中。100電阻器負責提供電流限制，以倮護LTC3588－1輸入橋接器。
圖4：Seebeck能量收集器
由標準熒光燈產(chǎn)生的EM場(chǎng)收集能量
此項應用需要一些有別于傳統的創(chuàng )造性思維。圖5示出了一個(gè)從高電壓熒光燈管周?chē)碾妶?chǎng)收集能量的系統°兩塊12”x 24”銅板被放置在距離一個(gè)2’x 4’熒光燈裝置“6”的地方°銅板以容性的方式從周?chē)碾妶?chǎng)采集了200uW功率，而LTC3588-1則負責將該功率轉換為一個(gè)穩壓輸出。
圖5：電場(chǎng)能量收集器
結論
通過(guò)從周?chē)h(huán)境收集環(huán)境能量而使遠程傳感器能夠不依靠電池來(lái)運作。該器件包含了所有關(guān)鍵的電源管理功能：一個(gè)低損耗橋式整流器、一個(gè)高效率降壓型穩壓器、一個(gè)負責接通和關(guān)斷降壓型轉換器的低偏置UVL0檢測器、以及一個(gè)用于在電源可用時(shí)喚醒微控制器的PGOOD狀態(tài)信號°LTC3588－1僅利用5個(gè)外部組件即可支持高達l00mA的負載。 |
