一種無線傳感器的能量收集的實現(xiàn)

　　對于那些選用可再充電電池來替代主電池以提供備份或能量存儲的應(yīng)用，圖14中的二極管可以去掉，并用可再充電的鎳電池或鋰離子電池(包括新型可再充電薄膜鋰電池)來替換鋰電池。如果采用的是可再充電的鎳電池，則其自放電電流必須小于LTC3108所能供應(yīng)的平均充電電流。如果選用鋰離子電池，則需要增設(shè)額外的電路以保護其免遭過度充電和過度放電的損壞。另外還有一種存儲替代方案就是具有5.25V額定電壓的超級電容器，例如：Cooper-BussmanPB-5ROH104-R。與可再充電電池相比，超級電容器的優(yōu)勢在于擁有更多的充/放電次數(shù)，而缺點則是能量密度低得多。

　　12 熱量收集應(yīng)用需要自動極性

　　有些應(yīng)用(例如：無線HVAC傳感器或地熱供電的傳感器)對能量收集功率轉(zhuǎn)換器提出了另一種獨特的挑戰(zhàn)。此類應(yīng)用要求能量收集電源管理器不僅能夠依靠非常低的輸入電壓來工作，而且能以任一極性工作，因為TEG上的°T的極性可能改變。這是一個特別棘手的難題，而且，在幾十或幾百mV的電壓條件下，二極管橋式整流器不是合適的選項。

　　LTC3109是唯一適合克服這種從任一極性的能量源收集能量之挑戰(zhàn)的器件。LTC3109運用具1:100升壓比的變壓器，能以低至±30mV的輸入電壓工作。LTC3109與LTC3108的功能相同，包括一個LDO、一個數(shù)字可編程的輸出電壓、一個電源良好輸出、一個開關(guān)輸出和一個能量存儲輸出。LTC3109采用4mmx4mm20引腳QFN封裝或20引腳SSOP封裝。圖15顯示了LTC3109在自動極性應(yīng)用中的一個典型例子。如圖16所示，該轉(zhuǎn)換器的輸出電流隨VIN變化的曲線說明，該器件在任一極性的輸入電壓時，都能同樣良好地工作。

　　圖15：自動極性能量收集器供電的無線傳感器節(jié)點

　　圖16：圖15中轉(zhuǎn)換器的輸出電流隨VIN變化的曲線

　　LTC3109也可以針對單極性操作進行配置，采用單個變壓器(與LTC3108相似)來適應(yīng)那些需要盡可能低的啟動電壓和盡可能高的輸出電流的應(yīng)用。圖17中示出的電路可在僅15mV的電壓下啟動，該電壓是采用所示的TEG在小于1°C的溫差條件下產(chǎn)生的。在10°C溫差時，它能夠提供穩(wěn)定的5V電壓(在0.74mA電流下)，從而可輸送3.7mW的已調(diào)穩(wěn)態(tài)輸出功率。在相同的條件下，這幾乎達到了LTC3108輸出功率的兩倍，如圖18所示。

　　圖17：采用LTC3108的單極性轉(zhuǎn)換器能在僅15mV的電壓條件下啟動

　　圖18：LTC3108和LTC3109輸出功率的比較

　　需要注意：在單極性配置中，LTC3109對TEG呈現(xiàn)出約1Ω的負載電阻，因此應(yīng)選擇一個具有非常低源電阻的TEG以實現(xiàn)優(yōu)良的負載匹配，否則在單極性配置中使用LTC3109將毫無優(yōu)勢可言，這一點很重要。本例中所采用的TEG具有1.0Ω的標稱源電阻，旨在實現(xiàn)最佳的功率傳輸。

　　13 結(jié)論

　　LTC3108和LTC3109能獨特地在輸入電壓低至20mV時工作，或者以非常低的任一極性電壓工作，提供了簡單和有效的電源管理解決方案，能實現(xiàn)熱能收集，以利用常見的熱電器件為無線傳感器和其他低功率應(yīng)用供電。