壓電式器件簡(jiǎn)化振動(dòng)能量收集原理介紹

圖 2 中示出的電路采用了一個(gè)小型壓電換能器，用于將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為一個(gè)AC 電壓電源，以饋入LTC3588-1的內(nèi)部橋式整流器。它能夠收集小的振動(dòng)能源并生成系統(tǒng)電源，而沒(méi)有使用傳統(tǒng)的電池電源。

LTC3588-1是一款超低靜態(tài)電流電源，專為能量收集和/或低電流降壓應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該器件可直接連接至一個(gè)壓電電源或AC電源，對(duì)電壓波形進(jìn)行校正并將收集的能量存儲(chǔ)在一個(gè)外部電容器上，通過(guò)一個(gè)內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器泄放任何多余的功率并借助一個(gè)毫微功率高效降壓型穩(wěn)壓器來(lái)保持一個(gè)已調(diào)輸出電壓。

LTC3588-1的內(nèi)部全波橋式整流器可通過(guò)兩個(gè)差分輸入來(lái)使用，即負(fù)責(zé)對(duì)AC輸入進(jìn)行整流的PZ1和PZ2。該整流輸出隨后被存儲(chǔ)在位于 VIN引腳上的一個(gè)電容器上，并可用作降壓型轉(zhuǎn)換器的能量?jī)?chǔ)存器。低損耗橋式整流器具有一個(gè)約400mV的總壓降和典型壓電生成電流 (一般在10μA左右)。該電橋能夠傳輸高達(dá)50mA的電流。當(dāng)VIN引腳上擁有足夠的電壓時(shí)，降壓型轉(zhuǎn)換器將被使能以產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)壓輸出。

降壓型穩(wěn)壓器采用了一種遲滯電壓算法，以通過(guò)來(lái)自VOUT檢測(cè)引腳的內(nèi)部反饋對(duì)輸出加以控制。降壓型轉(zhuǎn)換器通過(guò)一個(gè)電感器將一個(gè)輸出電容器充電至一個(gè)略高于調(diào)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值。它通過(guò)利用一個(gè)內(nèi)部PMOS開(kāi)關(guān)使電感器電流斜坡上升至260mA、并隨后利用一個(gè)內(nèi)部NMOS開(kāi)關(guān)使電感器電流斜坡下降至零以完成該任務(wù)，從而有效地將能量輸送至輸出電容器。其提供穩(wěn)壓輸出的遲滯方法降低了因FET開(kāi)關(guān)操作所引起的損耗，并在輕負(fù)載條件下保持了一個(gè)輸出。降壓型轉(zhuǎn)換器在其執(zhí)行開(kāi)關(guān)操作時(shí)提供了一個(gè)最小100mA的平均負(fù)載電流。

壓電式器件簡(jiǎn)化振動(dòng)能量收集原理

雖然“能量收集”自 2000 年初就已出現(xiàn)，但只是憑借近期的技術(shù)發(fā)展才將其推進(jìn)至商業(yè)化階段。簡(jiǎn)而言之，2010 年我們處在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)并將迎來(lái)其“成長(zhǎng)”階段。運(yùn)用能量收集技術(shù)的樓宇自動(dòng)化傳感器應(yīng)用已經(jīng)在歐洲得到推廣，這說(shuō)明其成長(zhǎng)階段可能已拉開(kāi)序幕。