微型溫差電池的無線傳感器節(jié)點自供電系統設計

　　在實際應用中按照這些阻值選擇電阻連接電路即可實現對于儲能電容器充放電的監(jiān)測和保護，延長儲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計

　　在本文中，采用MIC841N作為電壓比較器，通過該比較器可以實現對儲能電容存儲電壓的檢測，并對后續(xù)的線性穩(wěn)壓器的工作狀態(tài)進行控制。如圖4所示是MIC841N的工作參考電路，本文依托參考電路，合理設置外圍電阻等器件參數，來實現其比較控制功能。

　　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MIC841N芯片的特性，低電壓閾值為：

　　對于MIC841N芯片來說，VREF=1.240V.

　　由于本文是要驅動一個無線發(fā)射模塊，根據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。本文在實際操作中，設定R4+R2+R3=1MΩ，結合公式(6)和公式(7)，本文可以計算出：R4=484KΩ，R2=413KΩ，R3=103KΩ。

　　微型溫差發(fā)電器采集到的能量給儲能電容器充電是一個儲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的輸出結果如圖5所示。

　　圖5 MIC841N芯片工作功能圖

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

　　2.4 TPS78001為核心的儲能電容器放電穩(wěn)壓電路設計

　　在實際的應用中，儲能電容器這種電能存儲設備兩端的電壓會隨著放電時間的延長逐漸下降。在本文研究的實例中，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，如果任由儲能電容器自由放電，那么無線射頻發(fā)射模塊只會工作很短時間，其他時間電容器的電壓都不夠無線射頻發(fā)射模塊使用，這部分電能就會被浪費掉，為了解決這個問題，必須需要添加一個受控的穩(wěn)壓器來使儲能電容器的放電電壓穩(wěn)定在一個可以使無線射頻發(fā)射模塊工作電壓值。

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

　　首先按照圖6連接電路圖。IN端接儲能電容器的正極;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端輸出一個穩(wěn)定的電壓，可設置，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

　　然后根據以下方法確定外圍電阻的阻值。

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

(7)

　　VFB是一個內部設定的參考電壓，它的值為恒定的1.216V，而Vout需要穩(wěn)定在3V左右，因此可得兩個電阻之間的關系。本文在實際應用中設定R6=1MΩ，因此。