一種無線傳感器的能量收集的實(shí)現(xiàn)

　　對(duì)于那些選用可再充電電池來替代主電池以提供備份或能量存儲(chǔ)的應(yīng)用，圖14中的二極管可以去掉，并用可再充電的鎳電池或鋰離子電池(包括新型可再充電薄膜鋰電池)來替換鋰電池。如果采用的是可再充電的鎳電池，則其自放電電流必須小于LTC3108所能供應(yīng)的平均充電電流。如果選用鋰離子電池，則需要增設(shè)額外的電路以保護(hù)其免遭過度充電和過度放電的損壞。另外還有一種存儲(chǔ)替代方案就是具有5.25V額定電壓的超級(jí)電容器，例如：Cooper-BussmanPB-5ROH104-R。與可再充電電池相比，超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)在于擁有更多的充/放電次數(shù)，而缺點(diǎn)則是能量密度低得多。

　　12 熱量收集應(yīng)用需要自動(dòng)極性

　　有些應(yīng)用(例如：無線HVAC傳感器或地?zé)峁╇姷?a class="contentlabel" href="http://www.104case.com/news/listbylabel/label/傳感器">傳感器)對(duì)能量收集功率轉(zhuǎn)換器提出了另一種獨(dú)特的挑戰(zhàn)。此類應(yīng)用要求能量收集電源管理器不僅能夠依靠非常低的輸入電壓來工作，而且能以任一極性工作，因?yàn)門EG上的°T的極性可能改變。這是一個(gè)特別棘手的難題，而且，在幾十或幾百mV的電壓條件下，二極管橋式整流器不是合適的選項(xiàng)。

　　LTC3109是唯一適合克服這種從任一極性的能量源收集能量之挑戰(zhàn)的器件。LTC3109運(yùn)用具1:100升壓比的變壓器，能以低至±30mV的輸入電壓工作。LTC3109與LTC3108的功能相同，包括一個(gè)LDO、一個(gè)數(shù)字可編程的輸出電壓、一個(gè)電源良好輸出、一個(gè)開關(guān)輸出和一個(gè)能量存儲(chǔ)輸出。LTC3109采用4mmx4mm20引腳QFN封裝或20引腳SSOP封裝。圖15顯示了LTC3109在自動(dòng)極性應(yīng)用中的一個(gè)典型例子。如圖16所示，該轉(zhuǎn)換器的輸出電流隨VIN變化的曲線說明，該器件在任一極性的輸入電壓時(shí)，都能同樣良好地工作。

　　圖15：自動(dòng)極性能量收集器供電的無線傳感器節(jié)點(diǎn)

　　圖16：圖15中轉(zhuǎn)換器的輸出電流隨VIN變化的曲線

　　LTC3109也可以針對(duì)單極性操作進(jìn)行配置，采用單個(gè)變壓器(與LTC3108相似)來適應(yīng)那些需要盡可能低的啟動(dòng)電壓和盡可能高的輸出電流的應(yīng)用。圖17中示出的電路可在僅15mV的電壓下啟動(dòng)，該電壓是采用所示的TEG在小于1°C的溫差條件下產(chǎn)生的。在10°C溫差時(shí)，它能夠提供穩(wěn)定的5V電壓(在0.74mA電流下)，從而可輸送3.7mW的已調(diào)穩(wěn)態(tài)輸出功率。在相同的條件下，這幾乎達(dá)到了LTC3108輸出功率的兩倍，如圖18所示。

　　圖17：采用LTC3108的單極性轉(zhuǎn)換器能在僅15mV的電壓條件下啟動(dòng)

　　圖18：LTC3108和LTC3109輸出功率的比較

　　需要注意：在單極性配置中，LTC3109對(duì)TEG呈現(xiàn)出約1Ω的負(fù)載電阻，因此應(yīng)選擇一個(gè)具有非常低源電阻的TEG以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的負(fù)載匹配，否則在單極性配置中使用LTC3109將毫無優(yōu)勢(shì)可言，這一點(diǎn)很重要。本例中所采用的TEG具有1.0Ω的標(biāo)稱源電阻，旨在實(shí)現(xiàn)最佳的功率傳輸。

　　13 結(jié)論

　　LTC3108和LTC3109能獨(dú)特地在輸入電壓低至20mV時(shí)工作，或者以非常低的任一極性電壓工作，提供了簡(jiǎn)單和有效的電源管理解決方案，能實(shí)現(xiàn)熱能收集，以利用常見的熱電器件為無線傳感器和其他低功率應(yīng)用供電。