助推能量采集

眾多低功率工業(yè)傳感器和控制器正在尋求以非傳統(tǒng)能源作為主要或補充性供電源。利用現(xiàn)成的物理電源(例如，熱電發(fā)生器或熱電堆、壓電或機電裝置和光伏器件)來產生電力的換能器正在成為許多應用的適配電源。通過僅使用收集到的能量，眾多無線傳感器、遠程監(jiān)視器和其他低功率應用正在穩(wěn)步成為接近“零”功率的設備(常被有些人稱為“微功率”)。

盡管自2000年初，能量采集就出現(xiàn)了，但是最近的技術發(fā)展已經推動其達到了可商業(yè)應用的程度。簡言之，2010年，我們?yōu)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/能量">能量采集的“增長”階段做好了準備。利用能量采集技術開發(fā)的自動化傳感器應用已在歐洲出現(xiàn)，這表明增長階段也許已經開始。

得到商業(yè)上的接受
盡管能量采集的概念已經出現(xiàn)很多年，但是在真實環(huán)境中的系統(tǒng)部署一直很緩慢，原因是復雜度高和成本昂貴。盡管如此，仍然有一些市場采用了能量采集系統(tǒng)，包括了交通運輸基礎設施、無線醫(yī)療設備、輪胎壓力檢測以及樓宇自動化。就樓宇自動化而言，有了人體感應傳感器、恒溫器和光開關等，系統(tǒng)就用不著通常需要的電源或控制線路，而是使用能量采集系統(tǒng)了。

類似地，采用能量采集技術的無線網絡可以在樓宇中將任意數(shù)量的傳感器連接到一起。當樓宇中沒有人時，通過關閉非必要區(qū)域的電源，可降低供熱、通風和空調(HVAC)以及照明的費用。此外，能量采集電子線路的費用常常低于使用檢測線路的費用，因此采用能量采集技術顯然會有經濟收益。

一個典型的能量采集配置或系統(tǒng)(如圖1所示)通常由連接到發(fā)熱源(如HVAC管道)的熱電發(fā)生器(TEG)或熱電堆等免費能量源組成。這些小型熱電設備可以將微小的溫差轉換成電能，然后利用能量采集電路，將這種電能轉換并調整為下游電路可用的電源形式。這些下游的電子線路通常會由某些種類的傳感器、模數(shù)轉換器和超低功率微控制器組成?，F(xiàn)在，這些元件能以電流形式接受收集到的能量，并喚醒一個傳感器，以獲得讀數(shù)或測量結果，然后再通過一個超低功率無線收發(fā)器進行數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 典型能量采集系統(tǒng)的4個主要方框

在這電路中，除了能量源本身，每個電路系統(tǒng)模塊都受到一些特殊的限制，從而影響了它們在商業(yè)中的應用。低成本、低功率的傳感器和微控制器已經上市相當一段時間了，不過只是在最近兩三年，超低功率收發(fā)器才商用化。盡管如此，在這電路中，落后的一直是能量采集器和電源管理器。

電源管理器的現(xiàn)有實施方案是一種低性能分立配置，通常由35個或更多元件組成。這類設計具有低的轉換效率和大的靜態(tài)電流。這兩個缺點導致最終系統(tǒng)性能受到損害。低轉換效率將延長給系統(tǒng)加電所需時間，反過來又延長了獲得傳感器讀數(shù)和發(fā)送該數(shù)據(jù)之間的時間間隔。

新的升壓型轉換器和系統(tǒng)管理器
迄今為止，高集成度DC/DC升壓型轉換器一直比較缺少，這類轉換器可以收集和管理由極低的輸入電壓源提供的多余能量。不過，LTC3108極大地簡化了收集和管理由極低輸入電壓源提供的多余能量的任務。其升壓型拓撲在輸入電壓低至20mV時仍能正常運行。這具有重大意義，因為它允許LTC3108從低至1℃的溫度變化中收集TEG提供的能量。

圖2所示電路運用一個小型升壓型變壓器來提高LTC3108輸入電壓源輸入的電壓，而LTC3108為無線檢測和數(shù)據(jù)采集提供一個完整的電源管理解決方案。