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能量收集器可从局部环境产生功率,从而免除了 无线传感器中的电池 设计要点

483 Jim Drew 01/11/483 引言 超低功率微控制器的近期发展造就了具有空前集成度 的器件 (对于其运作所需的功率而言).

这些器件是片 上系统,采用了新锐节能方案(例如关断电路进入空闲 状态).事实上,运行这些器件所需的功率非常之低, 以至于许多传感器逐步实现了无线化,因为它们可以 方便地通过电池来供电.不幸的是,电池必须定期更 换,这种维护工作既费钱又费事.而从传感器的局部 环境中采集环境机械能、热能或电磁能则有可能是一 种更为有效的无线电源解决方案. 图1所示的 LTC? 3588-1 是一款完整的能量收集解决 方案,专为诸如压电传感器等高阻抗源而优化.它 内置了一个低损耗全波桥式整流器和一个高效率同 步降压型转换器,用于将能量从一个输入存储器件 传输至输出,以产生一个可支持高达 100mA 负载的 稳定电压.LTC3588-1 采用

10 引脚 MSE 封装和 3mm x 3mm DFN封装. 图1:专为诸如压电传感器等高阻抗源而优化的 完整能量收集解决方案 环境能量源 环境能量源包括光、温差、振动梁、射频 (RF) 发射 信号或任何其他能够通过某种换能器产生电荷的信 号源.例如: ? 人们采用小型太阳能电池板为手持式电子设备供电 已有多年,此类电池板在阳光直射和间接光照射的 情况下能够分别产生几百mW/cm2和几百?W/cm2 的功率密度. ? 当存在温度梯度时,塞贝克 (Seebeck) 器件可将热 能转换为电能.热能量源多种多样,从体热(可产生 几十?W/cm2的功率密度) 到锅炉排气烟囱 (其表面 温度能产生几十 mW/cm2的功率密度) 各不相同. ? 压电器件可通过器件的压缩或弯曲而产生能量. 压电元件能够产生几百?W/cm2 的功率密度 (取决 于其尺寸和结构). ? RF 能量收集由天线来完成,可产生几百pW/cm2 的功率密度. 要成功地设计完整的独立型无线传感器系统,就需采 用节能型微控制器和传感器,它们消耗极少电能,并 可从低能量环境获取能量.目前,这两类器件在市面 上都很容易获得,而所缺失的一环则是能够将传感器 输出转换为一个可用电压的高效功率转换产品. 图2示出了一款能量收集电源系统,它包括能量源 / 传感器、一个能量储存元件和一种用于将该储能转换 为一个可用稳定电压的设备.另外,在换能器和能量 储存元件之间或许还需要布设一个电压整流器网络, 用于防止能量回馈至传感器中,或在采用压电器件的 情况下负责对AC信号进行整流. 、LT、LTC 和LTM 是凌力尔特公司的注册商标.所有其他商标均为其各自 拥有者的产权. 骏龙科技有限公司 Cytech Technology Ltd. www.cytech.com 香港

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