壓電式器件簡化振動能量收集原理

圖 2 中示出的電路采用了一個小型壓電換能器，用于將機械振動轉(zhuǎn)換為一個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能源并生成系統(tǒng)電源，而沒有使用傳統(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/或低電流降壓應用而設(shè)計。該器件可直接連接至一個壓電電源或AC電源，對電壓波形進行校正并將收集的能量存儲在一個外部電容器上，通過一個內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器泄放任何多余的功率并借助一個毫微功率高效降壓型穩(wěn)壓器來保持一個已調(diào)輸出電壓。

LTC3588-1的內(nèi)部全波橋式整流器可通過兩個差分輸入來使用，即負責對AC輸入進行整流的PZ1和PZ2。該整流輸出隨后被存儲在位于 VIN引腳上的一個電容器上，并可用作降壓型轉(zhuǎn)換器的能量儲存器。低損耗橋式整流器具有一個約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50mA的電流。當VIN引腳上擁有足夠的電壓時，降壓型轉(zhuǎn)換器將被使能以產(chǎn)生一個穩(wěn)壓輸出。

降壓型穩(wěn)壓器采用了一種遲滯電壓算法，以通過來自VOUT檢測引腳的內(nèi)部反饋對輸出加以控制。降壓型轉(zhuǎn)換器通過一個電感器將一個輸出電容器充電至一個略高于調(diào)節(jié)點的數(shù)值。它通過利用一個內(nèi)部PMOS開關(guān)使電感器電流斜坡上升至260mA、并隨后利用一個內(nèi)部NMOS開關(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開關(guān)操作所引起的損耗，并在輕負載條件下保持了一個輸出。降壓型轉(zhuǎn)換器在其執(zhí)行開關(guān)操作時提供了一個最小100mA的平均負載電流。

本文小結(jié)

由于擁有模擬開關(guān)模式電源設(shè)計專長的人員在全球都處于短缺狀態(tài)，因此要想設(shè)計出如圖1所示的高效能量收集系統(tǒng)一直是很困難的事。不過，隨著具集成低損耗全波橋式整流器的壓電式能量收集電源LTC3588-1的推出，這種狀況即將發(fā)生改變。這款革命性器件能夠從幾乎所有的機械振動源或應變源吸取能量。此外，憑借其全面的功能組合以及設(shè)計的簡易性，該器件還極大地簡化了能量收集鏈中難以完成的功率轉(zhuǎn)換設(shè)計。對于系統(tǒng)設(shè)計師而言這是個好消息，因為這些“有效振動”可用于為其能量收集系統(tǒng)供電，而無須費盡心機地去應付傳統(tǒng)的配置難題。