能源危機(jī)之下的能量收集之道

能量收集的概念早在10年前就已經(jīng)提出，然而在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，由環(huán)境能源供電的系統(tǒng)一直很笨重、復(fù)雜和昂貴。不過有些市場(chǎng)已經(jīng)成功地采用了能量收集方法，如交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施、無線醫(yī)療設(shè)備和樓宇自動(dòng)化市場(chǎng)。尤其是在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中，諸如占位傳感器、自動(dòng)調(diào)溫器甚至光控開關(guān)等，以前安裝時(shí)通常使用的電源或控制配線，現(xiàn)在已經(jīng)不需要了，取而代之是，它們采用了局部能量收集系統(tǒng)。

凌力爾特、德州儀器、意法半導(dǎo)體等半導(dǎo)體廠商針對(duì)能量收集領(lǐng)域進(jìn)行了新品研發(fā)，我們一起來看一下哪些神奇的方法能夠?qū)⒎稚⒌哪芰渴占饋恚瑥亩鸬焦?jié)能環(huán)保的作用。

凌力爾特完整的能量采集解決方案 LTC3588-1，其集成一個(gè)低損耗、全波橋式整流器和一個(gè)高效率降壓型轉(zhuǎn)換器，以通過壓電傳感器收集環(huán)境中的振動(dòng)能量，然后將這種能量轉(zhuǎn)換成良好調(diào)節(jié)的輸出，以為應(yīng)用微控制器、傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和無線傳輸組件供電。其輸入電壓：2.7V 至 20V；其高效率降壓型 DC/DC轉(zhuǎn)換器提供高達(dá) 100mA 的連續(xù)輸出電流或甚至更高的脈沖負(fù)載；其輸出可以設(shè)定為 4 個(gè)固定電壓之一 (1.8V、2.5V、3.3V 或 3.6V)，以為無線發(fā)送器或傳感器供電。輸出處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí) (無負(fù)載時(shí)) 靜態(tài)電流僅為 950nA。

凌力爾特面向能量收集的超低電壓20mV升壓型轉(zhuǎn)換器和電源管理器，這是凌力爾特推出的升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 LTC3108，該器件專為在采用極低輸入電壓電源的情況下啟動(dòng)和運(yùn)行而設(shè)計(jì)，其 2.2V LDO 可為一個(gè)外部微控制器供電，同時(shí)其主輸出可用引腳在 4 個(gè) (2.35V、3.3V、4.1V 或 5V) 固定電壓中選擇一個(gè)，為無線發(fā)送器或傳感器供電。第二個(gè)開關(guān)輸出可由主器件啟動(dòng)，以為沒有微功率停機(jī)功能的器件供電。甚至在輸入能源無法得到時(shí)，增加一個(gè)存儲(chǔ)電容器來提供連續(xù)功率。

凌力爾特完整的調(diào)節(jié)能量收集解決方案 LTC3330，其能提供高達(dá) 50mA 的連續(xù)輸出電流以在可以采用可收集能量時(shí)延長電池壽命。當(dāng)從收集能量向負(fù)載提供穩(wěn)定的功率時(shí)，LTC3330無需從電池吸收電源電流；而在無負(fù)載條件下由電池供電時(shí)，LTC3330 僅需 750nA 的工作電流。

德州儀器面向能量收集與低功耗應(yīng)用推出高效率電源轉(zhuǎn)換器，TPS62120 同步轉(zhuǎn)換器支持節(jié)電模式，可在整個(gè)電流負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率，在負(fù)載低至100 uA 時(shí)效率也可達(dá)到 75%。該器件在輕負(fù)載工作條件下工作模式為脈沖頻率調(diào)制(PFM) 模式，靜態(tài)電流僅為 11 uA。此外，TPS62120 還可在較高電流條件下保持平穩(wěn)高效的工作狀態(tài)，可自動(dòng)從節(jié)電模式轉(zhuǎn)為固定頻率脈寬調(diào)制 (PWM) 模式。

德州儀器超低功耗電路支持新一輪能量采集設(shè)計(jì)，可高效提取和管理從光源、熱源或機(jī)械能源采集的微瓦 (uW) 至毫瓦 (mW) 級(jí)電源。該bq25570、bq25505、TPS62740、TPS62737 與 TPS62736 支持業(yè)界最低工作靜態(tài)電流，可為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控系統(tǒng)、可穿戴式醫(yī)療設(shè)備、移動(dòng)附件等難以獲得供電的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)無電池工作。

意法半導(dǎo)體推出采用能量收集技術(shù)的先進(jìn)雙接口存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)真正的無電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)，意法半導(dǎo)體的雙接口存儲(chǔ)器，包括新推出的16-Kbit產(chǎn)品，配備1個(gè)低功耗的I2C接口和1個(gè)13.56-MHz ISO15693非接觸式無線射頻接口。這個(gè)射頻接口可收集周圍RFID電子標(biāo)簽讀寫機(jī)發(fā)射的無線電波，并將收集的無線電波轉(zhuǎn)化成輸出電壓，驅(qū)動(dòng)其它的電子元器件。

MicroGen公司的壓電式MEMS振動(dòng)能量收集器，實(shí)現(xiàn)了凌力爾特SmartMesh IP無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。凌力爾特 WSN 包括 4 個(gè)微塵，并采用了高效功率受控型通信的 WSN 軟件。自供電式微塵由設(shè)定在 120Hz 典型工業(yè)振動(dòng)級(jí)和 0.2g (g = 9.8 m/s2) 加速度 G 級(jí)的電子振動(dòng)器使能。MicroGen 把這種由振動(dòng)提供電能的微塵擺放在凌力爾特的展臺(tái)和 X-FAB MEMSFoundry 的展臺(tái)。這些微塵距離 MicroGen 的展臺(tái)大約 20~30 米。這是由一家商業(yè)公司完成首個(gè)全采用 MEMS 能量收集進(jìn)行供電的 WSN。

恩智浦IC在太陽能光伏應(yīng)用中能實(shí)現(xiàn)高達(dá)98%的高效能量提取，MPT612是唯一針對(duì)使用太陽能光伏(PV)電池或燃料電池的應(yīng)用提供最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)的低功耗集成電路。MPT612 IC的MPPT算法，可廣泛用于太陽能電池充電控制器、分布式MPPT和微型逆變器等應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)98%的高效能量提取。

關(guān)于能量收集的產(chǎn)品就總結(jié)到這里，最后附上一套技術(shù)方案，讓大家的設(shè)計(jì)更加快速。

LTC3588-1壓電式能量收集電源芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)、應(yīng)用問答

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