利用環(huán)境產(chǎn)生電能 創(chuàng)造無電池?zé)o線傳感器

　　當(dāng)同步降壓型穩(wěn)壓器使輸出電壓進(jìn)入穩(wěn)定時，該轉(zhuǎn)換器進(jìn)入低靜態(tài)電流休眠狀態(tài)，該狀態(tài)用休眠比較器監(jiān)視輸出電壓。在這種運行模式時，負(fù)載電流由降壓型轉(zhuǎn)換器的輸出電容器提供。當(dāng)輸出電壓下降至低于穩(wěn)定點時，該降壓型穩(wěn)壓器醒來，重復(fù)上述周期。這種提供穩(wěn)定輸出的遲滯方法最大限度地降低了與 FET 切換有關(guān)的損耗，并使在非常輕的負(fù)載時進(jìn)行高效率調(diào)節(jié)成為可能。

　　該降壓型轉(zhuǎn)換器正在切換時，提供高達(dá) 100mA 的平均負(fù)載電流。1.8V、2.5V、3.3V 和 3.6V 這 4 個輸出電壓是引腳可選的，以方便為微處理器、傳感器和無線發(fā)送器供電。圖 4 顯示在穩(wěn)定和休眠時極低的靜態(tài)電流，這允許在輕負(fù)載時高效率運行。盡管切換時降壓型穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流遠(yuǎn)高于休眠靜態(tài)電流，但是它在負(fù)載電流中所占百分?jǐn)?shù)仍然很小，從而在多種負(fù)載條件下實現(xiàn)了高效率 (圖 5)。

　　降壓型轉(zhuǎn)換器僅在輸入電容器中積累了充足的能量時才工作，它以短突發(fā)將能量傳送到輸出，短突發(fā)所用時間遠(yuǎn)短于積累能量所需的時間。當(dāng)降壓型轉(zhuǎn)換器工作時的靜態(tài)電流在整個積累/突發(fā)周期中平均時，平均靜態(tài)電流非常低，從而非常容易提供收集少量環(huán)境能量的電源。穩(wěn)定狀態(tài)時極低的靜態(tài)電流允許 LTC3588-1 在負(fù)載不到 100mA 時實現(xiàn)高效率。

　　獲得振動能量

　　壓電元件能夠?qū)C械能 (通常是振動能) 轉(zhuǎn)換為電能。壓電元件可以由 PZT (鋯鈦酸鉛) 陶瓷、PVDF (聚偏氟乙烯) 或其他復(fù)合材料制作而成。當(dāng)陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)被壓縮時，陶瓷壓電元件呈現(xiàn)出一種壓電效應(yīng)，內(nèi)部偶極運動將產(chǎn)生一個電壓。當(dāng)分子相互排斥而發(fā)生彎曲時，由長鏈分子構(gòu)成的聚合物元件將產(chǎn)生一個電壓。陶瓷常常在直接壓力之下使用，而聚合物則更容易彎曲。

　　可用的壓電器件有很多種，這些器件產(chǎn)生各種開路電壓和短路電流。開路電壓和短路電流形成一條壓電器件的“負(fù)載線”，這條線隨著可用振動能量的增加而上升，如圖 6 所示。LTC3588-1 可以處理高達(dá) 20V 的輸入電壓，此時，一種保護(hù)性并聯(lián)電路保護(hù)該器件免受 VIN 上過壓情況的損害。如果充足的環(huán)境振動導(dǎo)致壓電器件產(chǎn)生比 LTC3588-1 所需更多的能量，并聯(lián)電路會消耗多余的能量，從而將壓電器件有效地箝位在其負(fù)載線上。

　　LTC3588-1 通過內(nèi)部低損耗橋式整流器與壓電器件連接，橋式整流器可通過 PZ1 和 PZ2 引腳連接。整流后的輸出存儲在 VIN 電容器中。在 10uA 的典型壓電電流時，與橋式整流器有關(guān)的壓降在 400mV 量級。橋式整流器在 125℃ 時反向泄漏電流不到 1nA，帶寬高于 1MHz，能攜帶 50mA 電流，因此適合其他多種輸入電源。

　　可以確定環(huán)境振動的特征，以選擇具有最佳特性的壓電器件。振動頻率和振動力以及使用 LTC3588-1 輸出電容器庫的時間間隔和每次突發(fā)所需能量有助于決定最佳壓電器件。可以以這種方式設(shè)計系統(tǒng)，以便系統(tǒng)按照可用能量允許的頻度執(zhí)行任務(wù)。有些情況只要能收集能量，不管多少都行，這時沒有必要優(yōu)化壓電器件。

　　可以選擇的能量儲存方法

　　收集的能量可以儲存在輸入電容器或輸出電容器上。寬輸入范圍利用了以下事實的好處：儲存在電容器上的能量與電容器電壓的平方成正比。輸出電壓穩(wěn)定后，任何多余的能量都儲存在輸入電容器上，輸入電容器的電壓也會上升。當(dāng)輸出端有負(fù)載時，降壓型穩(wěn)壓器能夠高效率地將以高壓形式儲存的能量傳送給穩(wěn)定的輸出。盡管輸入端的能量儲存利用了輸入端的高壓，但是負(fù)載電流被限定為降壓型穩(wěn)壓器能夠提供的 100mA。如果需要為較大的瞬態(tài)負(fù)載提供服務(wù)，那么可以改變輸出電容器的大小，以在瞬態(tài)期間支持較大的電流。

　　PGOOD 輸出有助于進(jìn)行電源管理。輸出第一次達(dá)到穩(wěn)定時，PGOOD 變高 (相對于 VOUT)，并保持高電平，直到輸出降至穩(wěn)定點的 92% 為止。PGOOD 可以用來觸發(fā)一個系統(tǒng)負(fù)載。例如，PGOOD 變高時，電流突發(fā)可以開始，并持續(xù)消耗輸出電容器電量，直到 PGOOD 變低為止。在有些情況下，利用最后焦耳是很重要，而且如果輸出仍然在穩(wěn)定點的 92% 之內(nèi)，那么 PGOOD 引腳將保持高電平，即使輸入降至低于較低的 UVLO 門限 (就像如果振動停止可能發(fā)生的那樣) 也一樣。