增压模块与收获存储模块在能量收集设计中的应用

能量收集应用的可行性通常取决于能够在低电流和/或低电压下有效提取极低功率的组件，并将这些组件提供给蓄电池或电容器。前提很简单：环境能量的清除剂仅依赖于它们的给定和可用的东西，有时更多，有时更少。

这个不言而喻的事实非常重视升压低压升压器等产品，这些升压器是自供电模块，可将低直流电压输入转换为适用于低功率能量收集的更高交流或直流电压输出使用光电二极管，热电或电磁发生器作为输入源的应用。

例如，考虑使用Advanced Linear Devices EH4205，主要用于驱动负载，例如公司的ALD EH300/EH301系列能量收集模块。 EH4205的交流输出通过双线电缆直接连接到EH300/EH301模块的输入端子。 EH300/EH301模块可接受来自多种电能源的能量，并将此能量存储在传统的3.3 V和5.0 V电路和系统中。它们还可用于涓流充电应用，例如电池充电器或超级电容充电器，即使在能量输入未得到良好控制或调节的情况下也是如此。

为了测试模块在特定用途中的适用性，提供了几个评估套件，其中增压模块与收获存储模块配合使用（图1）。一个例子是EH4205/EH300KIT套件，其中包括EH4205增压器和EH300收割机。

图1：Advanced Linear Devices Inc. EH4205/EH300KIT评估套件。

EH4205/EH300KIT增压 - 收割机演示系统的容量和物理尺寸均处于小端。减小尺寸自然是有利的，但这些并不限制性能，尽管与该公司的其他产品系列相比，该收割机模块的容量减少了。 EH4205增压器设计用于在最低电压和功率水平下进行能量收集;该模块从低至200μW开始输出功率电平，从而实现板载自启动振荡器。该模块用于提取输入电压低至80 mV的能量。增压器模块提供75的直流电压增益，允许高达6 V的输出电压。

对于能量收集，EH4205非常适用于低压电源，如单个光伏电池或热电发电机。该模块仅从扫气能量中获取能量，因此能量存储部件不会消耗。一旦能量传感器提供电压，就会启动。

图2：Advanced Linear Devices Inc. EH4205升压模块。

EH4205围绕变压器设计，可提供升压电压。升压电路启动是该器件成功实现超低功耗性能的关键。增压器模块包含一个自启动振荡器，其固有频率为9 kHz。该系统依赖于耦合到Advanced Linear Devices EPAD MOSFET阵列的变压器。

简而言之，变压器EPAD-MOSFET系统的自振荡操作可以用以下方式描述。能量源通过电容器耦合，该电容器对驱动变压器初级绕组的输入进行滤波和积分。同时接通EPAD MOSFET阵列。初级绕组中的电流在次级变压器绕组中感应出相应的电流。 RC网络为MOSFET阵列提供负反馈，将其关闭。然后，电路将MOSFET循环回到ON状态，并重复该过程。

这种自启动振荡器升压电路可以捕获非常低的电平，因为可以在低于1μW的输入功率下启动振荡。启动振荡的最小输入电压为120 mV，如果输入降至80 mV，则操作将继续。这种极低的输入电压规格为能量收集开辟了许多新的应用，但它并没有将升压操作限制在非常低的电压。升压模块的设计使其能够接受高达3 V的各种输入，仅受最大输出电压15 V的限制。

EH4205的交流输出旨在驱动其伴随能量收集模块。然而，电路板允许用户添加全波整流器，以允许升压电路使用扫描电源为电池或超级电容器充电。

增压器模块的首选配置是将其耦合到能量收集兄弟。 EH300能量收集模块的尺寸非常方便，以适应标准AA电池的体积。能量存储在板载电容器组中。操作变得更简单，因为收获模块以完全配置和校准的状态运输，不需要用户输入或模式设置。

图3：Advanced Linear Devices Inc. EH300收集器模块。

考虑到收集模块允许的输入电压范围，很明显EH300模块是升压模块的理想伴侣。收割机模块始终处于活动状态，适用于任何非零输入电压。 EH300可接受0 V至±500 V的交流或直流电压。此外，输入电流可达0.2至400 mA。收集模块根据用户要求调节和输出1.8 V或3.6 V。有用的能量输出为4.6 mJ，而额定时间的输出为68 ms，25 mA。 EH300能量收集模块可在接收仅1μA的平均电流后40分钟内存储完全充电。

Advanced Linear Devices能量收集模块始终处于活动模式。 EH300采用存储电容而非电池设计。因此，最合适的应用是非常低功率和不频繁的低占空比操作，例如基于状态的监视。电容储能使EH300非常适合需要极端寿命运行的系统。

早些时候我们提到过Advanced Linear Products的EPAD技术。从字面上看，EPAD代表电可编程模拟设备。 EPAD技术允许对器件参数进行电气微调，而无需采用传统技术，如晶圆制造期间的激光微调。 EPAD技术允许使用CMOS器件对MOSFET阈值电压和导通电阻进行电气编程，以实现精确的模拟操作。