一種無線傳感器的能量收集的實現

　　熱電發(fā)生器(TEG)其實就是熱電模塊，它利用塞貝克(Seebeck)效應將設備上的溫度差(以及由于溫度差所導致的流過設備的熱量)轉換為電壓。這一現象的逆過程(被稱為帕爾帖[Peltier]效應)則是通過施加電壓而產生溫度差，并為熱電冷卻器(TEC)所慣用。輸出電壓的極性取決于TEG兩端溫度差的極性。如果TEG的熱端和冷端掉換過來，那么輸出電壓就將改變極性。

　　TEG由采用電串聯連接并夾在兩塊導熱陶瓷板之間的N型摻雜和P型摻雜半導體芯片對或偶所構成。最常用的半導體材料是碲化鉍(Bi2Te3)。圖4示出了TEG的機械構造。

　　圖4：TEG的構造

　　有些制造商將TEG與TEC區(qū)分開來。當作為TEG銷售時，通常意味著用于裝配模塊內部電偶的焊料具有較高的熔點，故可在較高的溫度和溫差條件下工作，因而能夠提供高于標準TEC(其最大溫度通常限制在125°C)的輸出功率。大多數低功率能量收集應用不會遇到高溫或高溫差的情況。

　　TEG的尺寸和電氣規(guī)格多種多樣。大多數常見的模塊都是方形的，每邊的長度從10mm到50mm不等，厚度一般為2mm~5mm。

　　對于一個給定的ΔT(與塞貝克系數成比例)，TEG將產生多大的電壓受控于諸多的變量。其輸出電壓為10mV/K至50mV/K溫差(取決于電偶的數目)，并具有0.5Ω至5Ω的源電阻。一般而言，對于給定的ΔT，TEG所擁有的串聯電偶越多，其輸出電壓就越高。然而，增加電偶的數目也會增加TEG的串聯電阻，從而導致在加載時產生較大的壓降。制造商可以通過調整個別半導體芯片的尺寸和設計對此進行補償，以在保持低電阻的同時仍然提供較高的輸出電壓。

　　5 負載匹配

　　為了從任意電壓電源吸取可獲得的最大功率，負載電阻必須與電源的內阻相匹配。圖5中的實例說明了這一點，此處，一個具有100mV開路電壓和1Ω或3Ω源電阻的電壓電源用于驅動一個負載電阻器。圖6示出了輸送至負載的功率與負載電阻的函數關系。在每一根曲線中都可以看出：當負載電阻與源電阻匹配時，輸送至負載的功率達到最大。不過，當源電阻低于負載電阻時，輸送的功率也許并非可能的最大值，而是比一個較高的源電阻驅動一個匹配負載時(本例中為0.8mW)更高(本例中為1.9mW)，注意到這一點同樣很重要。選擇具有最低電阻的TEG可提供最大輸出功率的原因即在于此。

　　圖5：電壓電源驅動阻性負載的簡化原理圖

　　圖6：電源的輸出功率與負載電阻的函數關系

　　LTC3108給輸入電源提供了一個約2.5Ω的最小輸入電阻。(請注意：這是轉換器而不是IC本身的輸入電阻。)這處于大多數TEG源電阻范圍的中間，從而為實現近乎最佳的功率傳輸提供了優(yōu)良的負載匹配。LTC3108的設計是：當VIN下降時，輸入電阻增大(如圖7所示)。該特性令LTC3108能夠很好地適應具有不同源電阻的TEG。

　　圖7：LTC3108的輸入電阻與VIN的關系曲線(采用1:100匝數比)

　　由于轉換器的輸入電阻相當低，因此無論負載大小如何它都將從電源吸收電流。以圖8所示為例：當采用一個100mV輸入時，轉換器從電源吸收約37mA的電流。不可把該輸入電流誤當作IC本身所需的為其內部電路供電的6μA靜態(tài)電流(取自VAUX)。當在極低電壓條件下啟動或依靠一個存儲電容器來工作時，低靜態(tài)電流的意義最為重大。

　　圖8：LTC3108的輸入電流與VIN的關系曲線(采用1:100匝數比)