微型溫差電池的無線傳感器節(jié)點(diǎn)自供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　在實(shí)際應(yīng)用中按照這些阻值選擇電阻連接電路即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于儲(chǔ)能電容器充放電的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，延長(zhǎng)儲(chǔ)能電容器的工作壽命。

　　2.3雙電壓比較器MIC841N為核心的比較器電路設(shè)計(jì)

　　在本文中，采用MIC841N作為電壓比較器，通過該比較器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電容存儲(chǔ)電壓的檢測(cè)，并對(duì)后續(xù)的線性穩(wěn)壓器的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。如圖4所示是MIC841N的工作參考電路，本文依托參考電路，合理設(shè)置外圍電阻等器件參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)其比較控制功能。

　　圖4 MIC841N雙電壓比較器工作參考電路

　　首先，如圖4所示，連接好電路，其Vin端接前面電路的儲(chǔ)能電容器的正極;Vin端通過電阻R2接入LTH端;LTH端和HTH端通過電阻R3相連;HTH端接電阻R4然后接地;Vout接TPS78001芯片的EN端。

　　然后按照以下的方法確定MIC841N的外圍電阻的阻值：

　　根據(jù)MIC841N芯片的特性，低電壓閾值為：

　　對(duì)于MIC841N芯片來說，VREF=1.240V.

　　由于本文是要驅(qū)動(dòng)一個(gè)無線發(fā)射模塊，根據(jù)本文所使用的無線發(fā)射模塊的工作電壓范圍(2.4V-3.0V)，所以VIN(lo)=2.4V，VIN(lo)=3.0V，由此本文可以確定外圍電阻R4，R2，R3的阻值。本文在實(shí)際操作中，設(shè)定R4+R2+R3=1MΩ，結(jié)合公式(6)和公式(7)，本文可以計(jì)算出：R4=484KΩ，R2=413KΩ，R3=103KΩ。

　　微型溫差發(fā)電器采集到的能量給儲(chǔ)能電容器充電是一個(gè)儲(chǔ)能電容器兩端的電壓逐漸升高的過程，而其放電過程是一個(gè)電容器兩端的電壓緩慢下降的過程。輸入雙電壓比較器MIC841N的Vin處的電壓即是電容器兩端的電壓，那么MIC841N的輸出結(jié)果如圖5所示。

　　圖5 MIC841N芯片工作功能圖

　　從該輸出結(jié)果本文可以看出，只有電容器的電壓在一定的范圍內(nèi)的時(shí)候才能輸出一個(gè)高電平，這恰恰可以用來控制后續(xù)穩(wěn)壓器模塊的中斷，進(jìn)而最有效的利用能量。

　　2.4 TPS78001為核心的儲(chǔ)能電容器放電穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

　　在實(shí)際的應(yīng)用中，儲(chǔ)能電容器這種電能存儲(chǔ)設(shè)備兩端的電壓會(huì)隨著放電時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸下降。在本文研究的實(shí)例中，微型溫差發(fā)電器采集到的能量很有限，而后續(xù)的無線射頻發(fā)射模塊需要工作在一定的電壓范圍內(nèi)，如果任由儲(chǔ)能電容器自由放電，那么無線射頻發(fā)射模塊只會(huì)工作很短時(shí)間，其他時(shí)間電容器的電壓都不夠無線射頻發(fā)射模塊使用，這部分電能就會(huì)被浪費(fèi)掉，為了解決這個(gè)問題，必須需要添加一個(gè)受控的穩(wěn)壓器來使儲(chǔ)能電容器的放電電壓穩(wěn)定在一個(gè)可以使無線射頻發(fā)射模塊工作電壓值。

　　本文采用了TPS78001芯片作為穩(wěn)壓輸出設(shè)備。如圖6所示為TPS78001的工作參考電路圖。

　　首先按照?qǐng)D6連接電路圖。IN端接儲(chǔ)能電容器的正極;EN使能端接MIC841N的OUT端;OUT端和FB端之間接電阻R5;FB端接R6然后接地;OUT端輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓，可設(shè)置，在本文中為3V，供給后面的無線發(fā)射模塊使用。

　　圖6電路C穩(wěn)壓器電路原理圖

　　然后根據(jù)以下方法確定外圍電阻的阻值。

　　TPS78001的輸出電壓可以通過設(shè)定電阻R1和R2的值穩(wěn)定在1.2V-5.1V之間的任何一個(gè)值。Vout和VFB的關(guān)系如方程(7)所示。

(7)

　　VFB是一個(gè)內(nèi)部設(shè)定的參考電壓，它的值為恒定的1.216V，而Vout需要穩(wěn)定在3V左右，因此可得兩個(gè)電阻之間的關(guān)系。本文在實(shí)際應(yīng)用中設(shè)定R6=1MΩ，因此。