中心議題：

• 能量采集的意義和商業環境
• 升壓型轉換器和係統管理器工作簡介

解決方案：

• 利用能量采集電路，將能轉換並調整為下遊電路可用的電源形式
• VOUT上的主輸出電壓是用VAUX電源充電
• LTC3108熱能收集和DC/DC升壓型轉換器和係統管理器

眾多低功率工業傳感器和控製器正在尋求以非傳統能源作為主要或補充性供電源。利用現成的物理電源(例如
，熱電發生器或熱電堆

、壓電或機電裝置和光伏器件)來產生電力的換能器正在成為許多應用的適配電源。通過僅使用收集到的能量，眾多無線傳感器、遠程監視器和其他低功率應用正在穩步成為接近“零”功率的設備(常被有些人稱為“微功率”)。

盡管自2000年初，能量采集就出現了，但是最近的技術發展已經推動其達到了可商業應用的程度。簡言之，2010年，我們為能量采集的“增長”階段做好了準備。利用能量采集技術開發的自動化傳感器應用已在歐洲出現
，這表明增長階段也許已經開始。

得到商業上的接受

盡jin管guan能neng量liang采cai集ji的de概gai念nian已yi經jing出chu現xian很hen多duo年nian，但dan是shi在zai真zhen實shi環huan境jing中zhong的de係xi統tong部bu署shu一yi直zhi很hen緩huan慢man，原yuan因yin是shi複fu雜za度du高gao和he成cheng本ben昂ang貴gui。盡jin管guan如ru此ci，仍reng然ran有you一yi些xie市shi場chang采cai用yong了le能neng量liang采cai集ji係xi統tong

，包bao括kuo了le交jiao通tong運yun輸shu基ji礎chu設she施shi、無線醫療設備、輪胎壓力檢測以及樓宇自動化。就樓宇自動化而言，有了人體感應傳感器、恒溫器和光開關等
，係統就用不著通常需要的電源或控製線路，而是使用能量采集係統了。

leisidi
，caiyongnengliangcaijijishudewuxianwangluokeyizailouyuzhongjiangrenyishuliangdechuanganqilianjiedaoyiqi。danglouyuzhongmeiyourenshi
，tongguoguanbifeibiyaoquyudedianyuan，kejiangdigongre、通風和空調(HVAC)以及照明的費用。此外，能量采集電子線路的費用常常低於使用檢測線路的費用
，因此采用能量采集技術顯然會有經濟收益。

一個典型的能量采集配置或係統(如圖1所示)通常由連接到發熱源(如HVAC管道)的熱電發生器(TEG)或huo熱re電dian堆dui等deng免mian費fei能neng量liang源yuan組zu成cheng。這zhe些xie小xiao型xing熱re電dian設she備bei可ke以yi將jiang微wei小xiao的de溫wen差cha轉zhuan換huan成cheng電dian能neng，然ran後hou利li用yong能neng量liang采cai集ji電dian路lu，將jiang這zhe種zhong電dian能neng轉zhuan換huan並bing調tiao整zheng為wei下xia遊you電dian路lu可ke用yong的de電dian源yuan形xing式shi。這zhe些xie下xia遊you的de電dian子zi線xian路lu通tong常chang會hui由you某mou些xie種zhong類lei的de傳chuan感gan器qi、模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)和(he)超(chao)低(di)功(gong)率(lv)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)組(zu)成(cheng)。現(xian)在(zai)，這(zhe)些(xie)元(yuan)件(jian)能(neng)以(yi)電(dian)流(liu)形(xing)式(shi)接(jie)受(shou)收(shou)集(ji)到(dao)的(de)能(neng)量(liang)，並(bing)喚(huan)醒(xing)一(yi)個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，以(yi)獲(huo)得(de)讀(du)數(shu)或(huo)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)，然(ran)後(hou)再(zai)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)超(chao)低(di)功(gong)率(lv)無(wu)線(xian)收(shou)發(fa)器(qi)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)。


圖1典型能量采集係統的4個主要方框

在這電路中，除了能量源本身，每個電路係統模塊都受到一些特殊的限製，從而影響了它們在商業中的應用。低成本
、低(di)功(gong)率(lv)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)已(yi)經(jing)上(shang)市(shi)相(xiang)當(dang)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)了(le)，不(bu)過(guo)隻(zhi)是(shi)在(zai)最(zui)近(jin)兩(liang)三(san)年(nian)
，超(chao)低(di)功(gong)率(lv)收(shou)發(fa)器(qi)才(cai)商(shang)用(yong)化(hua)。盡(jin)管(guan)如(ru)此(ci)
，在(zai)這(zhe)電(dian)路(lu)中(zhong)，落(luo)後(hou)的(de)一(yi)直(zhi)是(shi)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)器(qi)和(he)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)器(qi)。

電源管理器的現有實施方案是一種低性能分立配置，通常由35個ge或huo更geng多duo元yuan件jian組zu成cheng。這zhe類lei設she計ji具ju有you低di的de轉zhuan換huan效xiao率lv和he大da的de靜jing態tai電dian流liu。這zhe兩liang個ge缺que點dian導dao致zhi最zui終zhong係xi統tong性xing能neng受shou到dao損sun害hai。低di轉zhuan換huan效xiao率lv將jiang延yan長chang給gei係xi統tong加jia電dian所suo需xu時shi間jian，反fan過guo來lai又you延yan長chang了le獲huo得de傳chuan感gan器qi讀du數shu和he發fa送song該gai數shu據ju之zhi間jian的de時shi間jian間jian隔ge。

新的升壓型轉換器和係統管理器

迄今為止，高集成度DC/DC升壓型轉換器一直比較缺少，這類轉換器可以收集和管理由極低的輸入電壓源提供的多餘能量。不過，LTC3108極大地簡化了收集和管理由極低輸入電壓源提供的多餘能量的任務。其升壓型拓撲在輸入電壓低至20mV時仍能正常運行。這具有重大意義，因為它允許LTC3108從低至1℃的溫度變化中收集TEG提供的能量。

圖2所示電路運用一個小型升壓型變壓器來提高LTC3108輸入電壓源輸入的電壓
，而LTC3108為無線檢測和數據采集提供一個完整的電源管理解決方案。


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，以提供多個用於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1:100dezhufuduanzashubi。duiyugenggaodeshurudianyalaishuo，keyishiyongjiaodidezashubi。zhexiebianyaqishibiaozhunhexianchengyoushoudeyuanjian
，keyiqingeryijudicongcixingyuanjiangongyingshangnalidedao。womendefuhehaojinxingN溝道MOSFET就能實現20mV輸入電壓。

LTC3108采用一種“係統級”方法來解決複雜的問題。它可以轉換低壓電源，並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，然後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降至低於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：用於超級電容器的2.35V、用於標準電容器的3.3V、用於鋰離子電池終止的4.1V和用於更高能量存儲和主係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塗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。啟動後，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輸出可用於在VOUT達到穩壓狀態之後對一個大存儲電容器或可再充電電池進行充電。在VOUT達到穩壓狀態以後，將允許VSTORE輸出充電至高達VAUX電壓(該電壓被鉗位於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於給係統供電，而且還能夠在輸入電源所具備的能量不足時用於補充VOUT、VOUT2和LDO輸出所需要的電流。

模擬開關模式電源設計人才在全世界都處於短缺狀態的局麵，設計一個如圖1所示的有效能量采集係統一直很難。不過，隨著LTC3108熱能收集和DC/DC升壓型轉換器和係統管理器的推出，這種情況將徹底改變。這個器件可以從太陽能電池、熱re電dian發fa生sheng器qi或huo其qi他ta類lei似si熱re源yuan抽chou取qu能neng量liang。此ci外wai
，該gai器qi件jian具ju有you全quan麵mian的de功gong能neng並bing易yi於yu設she計ji
，極ji大da地di簡jian化hua了le能neng量liang采cai集ji鏈lian條tiao上shang難nan以yi進jin行xing的de電dian源yuan轉zhuan換huan設she計ji。