真正擺脫電網(wǎng)的束縛：面向無線傳感器的堅固型能量收集系統(tǒng)
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一個更為嚴重的問題是：當電池完全放電時會發(fā)生什么？假如在電池的充電狀態(tài) (State of charge，SOC) 達到零之后繼續(xù)從電池吸收電流且電池電壓下降至 2.1V 以下，則電池將遭受永久性的損壞。所以，應(yīng)用必須確保電池電壓絕對不能降至該限值以下。為此，電池截止電壓被設(shè)定為 2.7V 或 3.2V，以保證在斷接電路投入使用之后電池中可保留一些能量。
僅僅停止發(fā)送器的運作或?qū)⒇撦d斷接將無法起到保護電池的作用，因為 LTC4071 吸收約 600nA 的靜態(tài)電流。雖然這一靜態(tài)電流非常之低，但包括 LTC3588-1 在內(nèi)的總負載則接近 2µA。一個完全放電的電池在其電壓下降至足以損壞電池之前將只能提供約 100µA 的電流。
需要一個斷接電路，以確保電池在一段合理的時間里不至于發(fā)生放電。LTC4071 提供了一個內(nèi)部低電池電量斷接電路。經(jīng)測量，在室溫條件下，該斷接電路在啟動時將產(chǎn)生 2nA 的電池負載。這一漏電流通常受 PCB 漏電流的支配。當電池漏電流僅為 2nA 時，在其受損之前，電池可在斷接狀態(tài)中工作 50,000 小時。
在圖 3 中可見，由于 2µA 負載的原因，BAT2 在 BAT1 之后斷接 50 小時。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/162264.htm
圖 3：采用電池欠壓斷接時的放電情況
測量結(jié)果
圖 1 所示的系統(tǒng)在“放電-發(fā)送”(圖 3) 和“充電-發(fā)送”(圖 4) 這兩種操作模式中均進行了測量。
圖 4：電池斷接恢復(fù)充電
放電-發(fā)送
在圖 3 中，我們給出了當由電池來提供所有系統(tǒng)能量時 (PFCB-W14 壓電式傳感器未提供任何能量) 兩個電池 BAT1、BAT2 的電壓以及 VBUCK 隨時間變化的情況。
電池緩慢放電直到 BAT2 觸發(fā) LTC4071 的 LBO 門限為止，隨后斷接電路啟動并使 BAT2 與所有的電路 (U5 除外) 斷接。這將導(dǎo)致 LTC3588 的 VIN 引腳電壓降至穩(wěn)壓器的 UVLO 以下，而穩(wěn)壓器將關(guān)斷。
BAT1上的負載是 LTC4071 和 LTC3588 的 2µA 靜態(tài)電流。這個小負載使 BAT1 緩慢地放電，直到 LTC4071 的低電池電量斷接功能電路啟動為止，BAT1 隨即被斷接。
充電-發(fā)送
當 PFCB-W14 再次開始向系統(tǒng)輸送功率時，VIN 將上升至 7V，從而給 LTC4071 中斷接 FET 的體二極管施加正向偏置。這將對電池充電，直至達到重接門限為止，進而允許重新連接電池 BAT1 和 BAT2。觀察圖 4 可以發(fā)現(xiàn)，這將表現(xiàn)為 VIN 上的電壓迅速下降至電池組電壓。
由于 VIN 上的電壓現(xiàn)為 VBAT1 + VBAT2 + (180µA x 15k) = 6.2V，因此 LTC3588 上的降壓型穩(wěn)壓器將重新起動，并可再次提供 3.3V 電壓。
結(jié)論
只需借助少量易于使用的組件，即可構(gòu)建一種適合無線傳感器-發(fā)送器的完整和緊湊型能量收集電源子系統(tǒng)。在此特殊的系統(tǒng)中，由一個壓電式傳感器提供間歇式電源，而兩個電池則負責存儲能量以供傳感器-發(fā)送器之用。一個集成型斷接開關(guān)用于保護電池免遭過度放電的損壞。
該系統(tǒng)能夠在 75 小時內(nèi)完成電池的滿充電，即使以 0.5% 的占空比運作傳感器-發(fā)送器的情況下也不例外。
在 PFCB-W15 停止供電之后，電池將允許系統(tǒng)以 0.5% 的占空比持續(xù)運作傳感器-發(fā)送器達 115 小時。如果需要較長的電池工作時間，則可降低傳感器-發(fā)送器占空比以滿足這一要求。
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