助推能量采集

圖2 在無線遠程傳感器應用中使用的LTC3108

LTC3108使用了一個耗盡型N溝道MOSFET開關，以一個外部升壓型變壓器和一個小的耦合電容器構成一個諧振升壓型振蕩器。這使它能夠將一個低至20mV的輸入電壓升至足夠高的電平，以提供多個用于給其他電路供電的已調輸出電壓。振蕩頻率由變壓器副端繞組的電感決定，典型值在20～200kHz之內。

就低至20mV的輸入電壓而言，建議使用約1:100的主副端匝數比。對于更高的輸入電壓來說，可以使用較低的匝數比。這些變壓器是標準和現成有售的元件，可以輕而易舉地從磁性元件供應商那里得到。我們的復合耗盡型N溝道MOSFET就能實現20mV輸入電壓。

LTC3108采用一種“系統級”方法來解決復雜的問題。它可以轉換低壓電源，并管理多個輸出之間的電能。用一個外部充電泵電容器和LTC3108內部的整流器能實現對變壓器副端繞組上產生的AC電壓的升壓和整流。這個整流器電路將電流饋送至VAUX引腳，從而向外部VAUX電容器，然后是其他輸出提供電荷。

內部2.2V的LDO可以支持一個低功率處理器或其他低功率IC。該LDO由VAUX或VOUT中較高的一個供電。這使它在VOUT存儲電容器仍然在充電時，當VAUX一充電到2.3V時就開始工作。倘若LDO輸出上出現階躍負載，如果VAUX降至低于VOUT，電流就可能來自主VOUT電容器。該LDO輸出可以提供高達3mA的電流。

VOUT上的主輸出電壓是用VAUX電源充電的，用戶利用電壓選擇引腳VS1和VS2，可將其編程至4個穩定電壓之一。4個固定的輸出電壓是：用于超級電容器的2.35V、用于標準電容器的3.3V、用于鋰離子電池終止的4.1V和用于更高能量存儲和主系統軌為無線發送器或傳感器供電的5V，因此無須幾mΩ的外部電阻器。結果，LTC3108不需要像分立式設計那樣要用特殊的電路板涂層來最大限度地降低泄漏(例如，分立式設計需要電阻值很大的電阻器)。

第二個輸出VOUT2可以由主微處理器利用VOUT2_EN引腳來接通和斷開。啟動后，VOUT2通過一個P溝道MOSFET開關連接到VOUT。這個輸出可以用來給外部電路（沒有低功率休眠或停機功能的傳感器或放大器等）供電。

VSTORE電容器可以具有非常大的電容值(幾千μF甚至幾F)，以在有可能失去輸入電源的時候提供保持作用。一旦上電操作完成，則主輸出、備用輸出和開關輸出均可使用。如果輸入電源發生故障，則操作仍然能夠借助VSTORE電容器的供電而得以持續。VSTORE輸出可用于在VOUT達到穩壓狀態之后對一個大存儲電容器或可再充電電池進行充電。在VOUT達到穩壓狀態以后，將允許VSTORE輸出充電至高達VAUX電壓(該電壓被鉗位于5.3V)。VSTORE上的電能存儲元件不僅能夠在失去輸入電源的情況下用于給系統供電，而且還能夠在輸入電源所具備的能量不足時用于補充VOUT、VOUT2和LDO輸出所需要的電流。

結論
模擬開關模式電源設計人才在全世界都處于短缺狀態的局面，設計一個如圖1所示的有效能量采集系統一直很難。不過，隨著LTC3108熱能收集和DC/DC升壓型轉換器和系統管理器的推出，這種情況將徹底改變。這個器件可以從太陽能電池、熱電發生器或其他類似熱源抽取能量。此外，該器件具有全面的功能并易于設計，極大地簡化了能量采集鏈條上難以進行的電源轉換設計。