能量收集應(yīng)用無處不在

圖 3：LTC3588 的典型應(yīng)用原理圖　　

 　　應(yīng)該提到的是，壓電效應(yīng)是可逆的，即展現(xiàn)直接壓電效應(yīng) (一加上壓力就產(chǎn)生電位) 的材料也展現(xiàn)反向壓電效應(yīng) (一加上電壓就產(chǎn)生壓力和/或應(yīng)力，即撓曲)。

　　LTC3588-1 在 2.7V 至 20V 的輸入電壓范圍內(nèi)工作，從而非常適用于多種壓電換能器以及其他高輸出阻抗能源。其高效率降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器提供高達(dá) 100mA 的連續(xù)輸出電流或者甚至更高的脈沖負(fù)載。其輸出可以設(shè)定為 4 個(gè)固定電壓 (1.8V、2.5V、3.3V 或 3.6V) 之一，以給無線發(fā)送器或傳感器供電。輸出處于穩(wěn)定狀態(tài) (無負(fù)載) 時(shí)，靜態(tài)電流僅為 950nA，從而最大限度地提高了總體效率。

　　LTC3588-1 用來直接與壓電或可替代高阻抗 AC 電源連接、給電壓波形整流以及在外部存儲(chǔ)電容器中儲(chǔ)存收集到的能量，同時(shí)通過一個(gè)內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器消耗過多的功率。具 1V 至 1.4V 遲滯窗口的超低靜態(tài)電流 (450nA) 欠壓閉鎖 (ULVO) 模式使電荷能在存儲(chǔ)電容器上積累，直到降壓型轉(zhuǎn)換器能高效率地將部分儲(chǔ)存的電荷傳送到輸出為止。

　　LTC3105 是一款超低電壓升壓型轉(zhuǎn)換器和 LDO，專門用來極大地簡化從低壓、高阻抗可替換電源收集和管理能量的任務(wù)，如光伏電池、熱電發(fā)生器 (TEG)、燃料電池等電源。其同步升壓型設(shè)計(jì)以低至 250mV 的輸入電壓啟動(dòng)，從而使該器件非常適用于在不夠理想的照明條件下，從甚至最小的光伏電池收集能量。其 0.2V 至 5V 的寬輸入電壓范圍使該器件成為多種應(yīng)用的理想選擇。集成的最大功率點(diǎn)控制器 (MPPC) 使 LTC3105 能抽取電源能所提供的最大可用功率。如果沒有 MPPC，電源能產(chǎn)生的功率僅為理論最大值的一小部分。峰值電流限制自動(dòng)調(diào)節(jié)，以最大限度地提高電源轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)突發(fā)模式 (Burst Mode^®) 工作將靜態(tài)電流降至僅為 22uA，從而最大限度地降低了能量儲(chǔ)存元件的漏電流。超低 I_Q LDO 能直接給流行的低功率微控制器或傳感器電路供電。如果沒有 MPPC，電源轉(zhuǎn)換器能產(chǎn)生的功率僅為理論最大值的一小部分。峰值電流限制自動(dòng)調(diào)節(jié)，以最大限度地提高電源轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)突發(fā)模式 (Burst Mode^®) 工作將靜態(tài)電流減小至僅為 22μA，從而最大限度地降低了能量儲(chǔ)存元件的漏電流。超低 I_Q LDO 能直接給常用的低功率微控制器或傳感器電路供電。

　　圖 4 所示電路采用了 LTC3105，用單節(jié)光伏電池給單節(jié)鋰離子電池充電。在太陽能能源可用時(shí)，該電路能使電池連續(xù)充電，而當(dāng)太陽能能源不再可用時(shí)，電池能用儲(chǔ)存的能量給應(yīng)用供電?！　?/p>

圖 4：利用單節(jié)光伏電池的鋰離子電池涓流充電器　　

 　　LTC3105 能以低至 250mV 的電壓啟動(dòng)。在啟動(dòng)時(shí)，AUX 輸出最初在同步整流器禁止的情況下充電。一旦 V_AUX 達(dá)到約 1.4V，該轉(zhuǎn)換器就離開啟動(dòng)模式，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。最大功率點(diǎn)控制在啟動(dòng)時(shí)不使能，不過，電流從內(nèi)部限制到足夠低的水平，以允許靠電流非常小的輸入電源啟動(dòng)。盡管該轉(zhuǎn)換器處于啟動(dòng)模式，但是 AUX 和 V_OUT 之間的內(nèi)部開關(guān)仍然保持禁止，而且 LDO 也是不采用。參見圖 5 所示典型啟動(dòng)時(shí)序舉例。

　　當(dāng) V_IN 或 V_AUX 高于 1.4V 時(shí)，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入正常工作狀態(tài)。轉(zhuǎn)換器繼續(xù)給 AUX 輸出充電，直到 LDO 輸出進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)為止。一旦 LDO 輸出進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，轉(zhuǎn)換器就開始給 V_OUT 引腳充電。V_AUX 仍然保持足夠高的值，以確保 LDO 處于穩(wěn)定狀態(tài)。如果 V_AUX 高于保持 LDO 穩(wěn)定所需的值，那么就從給 AUX 輸出充電轉(zhuǎn)變?yōu)榻o V_OUT 輸出充電。如果 V_AUX 下降太多，那么電流就重新流向 AUX 輸出，而不是用來給 V_OUT 輸出充電。一旦 V_OUT 上升到高于 V_AUX，就啟動(dòng)一個(gè)內(nèi)部開關(guān)，以將這兩個(gè)輸出連接到一起。

　　如果 V_IN 高于被驅(qū)動(dòng)的輸出 (V_OUT 或 V_AUX) 上的電壓，或被驅(qū)動(dòng)的輸出低于 1.2V，那么同步整流器就禁止，并以關(guān)鍵的傳導(dǎo)模式工作，從而甚至在 V_IN > V_OUT 時(shí)，仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。

　　如果輸出電壓高于輸入電壓并高于 1.2V 時(shí)，那么同步整流器就啟動(dòng)。在這種模式時(shí)，SW 和 GND 之間的 N 溝道 MOSFET 啟動(dòng)，直到電感器電流達(dá)到峰值電流限制為止。一旦達(dá)到電流限制，N 溝道 MOSFET 就關(guān)斷，SW 和被驅(qū)動(dòng)輸出之間的 P 溝道 MOSFET 就啟動(dòng)。該開關(guān)一直保持接通，直到電感器電流降至低于谷值電流限制為止，然后重復(fù)該周期。當(dāng) V_OUT 達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)時(shí)，連接到 SW 引腳的 N 溝道和 P 溝道 MOSFET 都禁止，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入休眠狀態(tài)。