能量收集應(yīng)用無(wú)處不在

　
圖 5：典型的 LTC3105 啟動(dòng)時(shí)序

 　　為了給微控制器和外部傳感器供電，一個(gè)集成的 LDO 提供穩(wěn)定的 6mA 軌。該 LDO 由 AUX 輸出供電，從而允許該 LDO 在主輸出仍然在充電時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。LDO 的輸出電壓可以是固定的 2.2V，或可通過(guò)電阻器分壓器調(diào)節(jié)。

　　集成的最大功率點(diǎn)控制電路允許用戶為給定電源設(shè)定最佳輸入電壓工作點(diǎn)，參見(jiàn)圖 6。MPPC 電路動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電感器的平均電流，以防止輸入電壓降至低于 MPPC 門(mén)限。當(dāng) V_IN 高于 MPPC 電壓時(shí)，電感器電流增大，直到 V_IN 被拉低至 MPPC 設(shè)定點(diǎn)為止。如果 V_IN 低于 MPPC 電壓，那么電感器電流就減小，直到 V_IN 升高到 MPPC 設(shè)定點(diǎn)為止?！　?/p>

圖 6： 面向單節(jié)光伏電池的典型最大功率點(diǎn)控制點(diǎn)　　

 　　LTC3105 納入了在輕負(fù)載時(shí)最大限度地提高效率的功能，同時(shí)，通過(guò)將電感器峰值和谷值電流作為負(fù)載的函數(shù)加以調(diào)節(jié)，還在重負(fù)載時(shí)增強(qiáng)了提供功率的能力。在輕負(fù)載時(shí)，將電感器峰值電流降至 100mA，可降低傳導(dǎo)損耗，從而優(yōu)化了效率。隨著負(fù)載增加，電感器峰值電流自動(dòng)提高至 400mA (最大值)。當(dāng)在中等負(fù)載時(shí)，電感器峰值電流可能在 100mA 至 400mA 之間變化。上述功能的優(yōu)先級(jí)低于 MPPC 功能，并僅當(dāng)電源提供的功率超過(guò)負(fù)載所需時(shí)才起作用。

　　在諸如光伏轉(zhuǎn)換之類(lèi)的應(yīng)用中，輸入電源也許長(zhǎng)時(shí)間不存在。為了在這類(lèi)情況下防止輸出放電，LTC3105 納入了欠壓閉鎖 (UVLO) 功能，如果輸入電壓降至低于 90mV (典型值)，那么該功能就強(qiáng)制轉(zhuǎn)換器進(jìn)入停機(jī)模式。在停機(jī)模式，連接 AUX 和 V_OUT 的開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，LDO 置于反向隔離模式，流進(jìn) V_OUT 的電流降至 4uA (典型值)。在停機(jī)模式，通過(guò) LDO 的反向電流限于 1uA，以最大限度地減輕輸出放電。

　　結(jié)論

　　由于擁有模擬開(kāi)關(guān)模式電源設(shè)計(jì)專(zhuān)長(zhǎng)的人員在全球范圍內(nèi)都處于短缺的局面，因此要設(shè)計(jì)出如圖 1 所示的高效能量收集系統(tǒng)一直是很困難的事。面臨的主要障礙是與遠(yuǎn)程無(wú)線感測(cè)相關(guān)聯(lián)的電源管理。不過(guò)，隨著LTC3105、LTC3109 和 LTC3588-1 的推出，這種狀況即將完全改變。這些器件能夠從幾乎所有的光源、熱源或機(jī)械振動(dòng)源提取能量。此外，憑借其全面的功能組合以及設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易性，它們還極大地簡(jiǎn)化了能量收集鏈中難以完成的功率轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。對(duì)于 WSN 設(shè)計(jì)師而言這是個(gè)好消息，因?yàn)槠涓呒啥?(包括電源管理控制和現(xiàn)成有售的外部組件) 使之成為目前市面上最小、最簡(jiǎn)單和易于使用的解決方案。

　　因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和系統(tǒng)規(guī)劃師必須從一開(kāi)始就優(yōu)先滿足電源管理需求，以確保高效率的設(shè)計(jì)和成功的長(zhǎng)期部署。幸運(yùn)的是，領(lǐng)先的高性能模擬 IC 制造商現(xiàn)在提供越來(lái)越多的能量收集電源管理 IC，從而極大地簡(jiǎn)化了此項(xiàng)任務(wù)。