基于能量收集器的池解决方案

引言

超低功耗微控制器的最近发展创造了颇具空前集成度的元件（对于其运作所需的容量而言）。这些元件是片上系统，采用了新锐节能方案（例如关断电路处于空闲状态）。事实上能量收集器，运行某些元件所需的功耗比较之低，以至于许多传感器逐渐实现了无线化，因为他们可以便捷地借助电池来供电。不幸的是，电池需要定期更换，这种维护工作既费劲又费事。而从传感器的局部环境中收集环境机械能、热能或电磁能则有也许是一种更为有效的源解决方案。

图1所示的LTC3588－1是一款完整的能量收集解决方案，专为例如压电传感器等高阻抗源而改进。它内置了一个低消耗全波桥式整流器和一个高效率同步降压型转换器，用于将能量从一个输入内存器件存储至输出，以形成一个可支持高达100mA负载的稳定电流。LTC3588－l采用10引脚MSE封装和3mmx 3mm DFN封装。

图1：专为例如压电传感器等高阻抗源而改进的完整能量收集解决方案

环境能量源

环境能量源包括光、温差、振动梁、射频（RF）发射信号或任何其它无法借助某些换能器产生电荷的信号源。例如：

·人们引入大型太阳能电池板为手持式电子仪器供电已有多年，此类电源板在阳光直射和间接光照射的状况下才能分别形成几百mW／cm2和几百；uW／cm2的容量体积。

·当存在温度梯度时9塞贝克（Seebeck）器件可将热能转化为电能°热能量源多种多样能量收集器，从体热（可产生几十pW／cm2的容量体积）到锅炉排气烟囱（其表层温度能形成几十mW／cm2的容量体积）各不相同。

·压电器件可借助器件的压缩或弯曲而造成能量。压电元件能够形成几百pW／cm2的容量体积（取决于其长度和结构）。

·RF能量收集由天线来完成9可形成几百pW／cm2的容量体积。

要成功地设计完整的独立型无线传感器系统，就需配备节能型微控制器和继电器，它们消耗很少电能，可从低能量环境获得能量。目前，这两类器件在市面上都很容易获得，而所欠缺的一环则是无法将传感器输出转化为一个可用电压的高效功率转换产品。

图2示出了一款能量收集电源系统，它包含能量源／传感器、一个能量存储元件和一种用于将该储能转换为一个可用稳定电压的设各。另外，在换能器和能量存储器件之间可能还必须布设一个电压整流器网络。用于消除能量回馈至传感器中，或在运用压电器仵的状况下负责对AC信号进行整流。

图2：能量收集系统纽件

应用实例

对于在DO和D1输入引脚上设置的特殊输出电压，LTC3588-1要求传感器的输出功率大于欠压闭锁上升门限限值°为了推动能量存储的最大化，换能器必须具备一个两倍于输入工作电压的开路电压、以及一个两倍于所需输入电压的漏电电阻。这些要求应该在信号源的最小激励电平条件下满足，以推动连续输出功率。

压电传感器应用

图3示出了一个压电系统。当被放在气流之中时，该系统可在3.3V电压条仵下形成100uW的功率。在50Hz频率下，压电元件的弯曲量为0.5cm。

图3：压电式能量收集器

Seebeck传感器应用

图4示出了一个能量收集平台，该系统引入了由Tellurex公司提供的Seebeck传感器。温差造成了一个可支持300mW输出负载的输出功率。把传感器连接至PZI输入可避免反向电流在热源被拿掉时回流至Seebeck器件中。100电阻器负责提供电压限制，以倮护LTC3588－1输入桥接器。

图4：Seebeck能量收集器

由标准荧光灯产生的EM场收集能量

此项应用必须一些有别于特色的创造性思维。图5示出了一个从高电压荧光灯具周围的磁场收集能量的系统°两块12”x 24”铜板被放置在距离一个2’x 4’荧光灯装置“6”的地方°铜板以容性的方法从周围的磁场采集了200uW功率，而LTC3588-1则负责将该功率转换为一个稳压输出。

图5：电场能量收集器

结论

LTC3588－1通过从周边环境采集环境能量而使远程传感器无法不借助电池来运作。该元件包括了所有关键的电源管理功能：一个低消耗桥式整流器、一个高效率降压型稳压器、一个负责接通和关断降压型转换器的低偏置UVL0检测器、以及一个用于在电源可用时激活微控制器的PGOOD状态信号°LTC3588－1仅借助5个外部模块就能支持高达l00mA的负载。

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