主要针对高输出阻抗能源的能量收集解决方案

从安全性到工业控制，无线传感器正在各种应用中使用，因为它们可以通过电池轻松供电。这是个好消息。坏消息是这些电池必须在现场定期更换，这是一个昂贵且笨拙的维护项目。因此，更实用和有效的无线电源解决方案是从环境能源中获取能量，例如光，热差，压电设备，发射的RF信号，或任何其他可通过换能器产生电能的电源。

不幸的是，这些能源产生的电力非常低，包括电压。更重要的是，它们不稳定（例如，在夜间没有阳光，没有太阳能）。因此，要充分利用它们，需要超低功耗升压转换器，它可以提供从各种能源产生可用功率所需的必要升压转换，以及调节升压输出电压。将能源转化为有用的电源，凌力尔特公司和德州仪器等制造商已经制造出超低功耗的升压型DC/DC转换器，可以产生足够的电压和功率来驱动一系列无线传感器和发射器。

能量收集解决方案

凌力尔特公司发布了各种超低功耗升压转换器模块，用于从压电和光伏电源到热电发电机（TEG）的能量收集。它们包括升压型DC/DC转换器，如LTC3108/3109和LTC3105。此外，该供应商还准备了一套完整的能量收集解决方案LTC3588-1，该解决方案针对高输出阻抗能源（如压电传感器）进行了优化。

虽然LTC3108的升压拓扑结构可在低至输入电压的情况下工作LTC3105的高效率升压结构为20 mV，可在低至225 mV的输入电压下工作。如下图1所示，采用SSOP或QFN封装的LTC3108为使用小型升压变压器进行无线传感和数据采集提供了完整的电源管理解决方案。升压转换器的主输出VOUT经过编程，通过电压选择引脚VS1和VS2为发送器或传感器供电，提供四个稳压输出电压中的一个（表1）。

VS2 VS1 VOUT GND GND 2.35 V GND VAUX 3.3 V VAUX GND 4.1 V VAUX VAUX 5 V

表1：使用选择引脚VS1和VS2的LTC3108稳压输出电压。

图1：Linear的LTC3108采用紧凑型升压变压器为无线传感和数据采集应用提供完整的电源管理解决方案。此外，LTC3108还提供低电流，低压差（LDO）线性稳压器，提供稳定的2.2 VDC输出，为低功耗供电处理器或其他低功耗IC。升压转换器的电源良好指示灯表示主输出电压在稳压范围内，存储电容在输入电压源不可用时提供电源。极低静态电流和高效率设计可确保输出电容器电容的最快充电时间。升压变压器匝数比将决定转换器启动时的输入电压有多低。使用1：100比率可以产生低至20 mV的启动电压。影响性能的其他因素包括变压器绕组的直流电阻和绕组的电感。较高的直流电阻会导致效率降低。实际上，产品数据表提供了选择外部无源元件的指导，以使用LTC3108完成升压DC/DC电源解决方案。

同样，LTC3105可在225 mV至5 V的极宽输入范围内工作，使其适合从高阻抗替代能源（包括光伏电池，热电发电机（TEG）和燃料电池）获取能量。升压转换器的内部400 mA同步开关可最大限度地提高效率，而其突发模式操作仅提供24μA的静态电流，从而在所有工作条件下优化转换器效率。此外，用户可编程的最大功率点控制器（MPPC）设定点可以最大化从任何电源提取的能量（图2）。

图2：升压型DC/DC转换器LTC3105的集成式最大功率点控制器（MPPC）支持低压，高阻抗电源（如光伏电池，热电发电机）的运行（ TEGs和燃料电池。

LTC3105针对无线传感器和数据采集应用量身定制，在主输出电压为充电时为外部微控制器和传感器提供辅助6 mA 2.2 VDC LDO。完全充电后，主输出可提供高达5.25 VDC的电压，输出电流高达100 mA。产品数据表显示，即使输入电压大于或等于输出电压，LTC3105也可以调节输出电压，从而提供进一步的设计灵活性。在关断模式下，静态电流进一步降至10μA。

对于那些喜欢完整，优化的高输出阻抗能量源（如压电传感器）的能量收集解决方案，凌力尔特公司提供LTC3588-1，它将低损耗全波桥式整流器与片内高效率降压转换器集成在一起（图3）。根据供应商的说法，具有宽滞后窗口的超低静态电流欠压锁定（UVLO）模式允许电荷累积在输入电容上，直到降压转换器可以有效地将一部分存储的电荷转移到输出。在调节模式下，LTC3588-1进入休眠状态，其中输入和输出静态电流都很小。降压转换器根据需要打开和关闭以维持调节。此外，能量采集电源的四个直流输出电压，1.8 V，2.5 V，3.3 V和3.6 V，可通过引脚选择，最高可达100 mA的连续输出电流。

图3：凌力尔特公司的LTC3588-1集成了低损耗全波桥式整流器和高效降压转换器，为压电传感器等高输出阻抗能源形成了完整的能量收集解决方案。

提升低功耗

德州仪器（TI）旗下的另一家供应商提供其BQ25504升压转换器，专门用于高效采集和管理从各种直流电源（如太阳能电池或TEG）产生的μW至mW的功率。 BQ25504专为无线传感器网络等系统而设计，仅需微瓦电源即可开始运行。一旦启动，升压转换器/充电器可以有效地从低压输出采集器（如TEG或单/双单元太阳能电池板）中提取电力。数据手册建议升压转换器可以在输入电压VIN低至330 mV的情况下启动。一旦启动，它可以继续从直流电源获取能量，降至80 mV。为了最佳地将功率传输到器件中，BQ25504实现了可编程的最大功率点跟踪采样网络。采用外部电阻对开路电压采样（VIN_DC）进行编程，并用外部电容CREF保持，如图4所示。

图4：太阳能典型的能量采集电路使用TI超低功耗升压转换器BQ25504的电池。

本质上，BQ25504是一款高效的同步升压转换器/充电器，具有超低静态电流要求。其开关稳压器架构可最大限度地提高效率，同时将启动和运行功此外，它使用脉冲频率调制（PFM）技术来保持效率，即使在轻负载条件下也是如此。此外，BQ25504还具有电池保护功能，可充电电池或电容器可用作储能元件。总之，凌力尔特公司和德州仪器等供应商已开发出超低功耗升压转换器，创建能量收集解决方案，以驱动各种无线传感器，这些传感器部署在从工厂自动化到远程站点数据收集的各种应用中。