能量收集技术延长电池寿命
时间：10-02
整理：3721RD
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消费者对移动电子产品的期望是有更长的电池寿命，无论任何功能增强。能量收集技术可以帮助工程师极大地延长电池的寿命。
能量收集提供了一种手段，从环境能源，包括太阳能，温度差，振动或射频能量的许多应用程序严格的权力。对于这些“零功率”的设计，可用的环境能量超过设计功率的要求-通常是因为应用程序带来的最小功能的要求很容易满足使用超低功率元件。
对于其他应用程序，不管怎样，更复杂的应用程序的要求可以提示的功率生成/消耗比远离零电源解决方案，而不是决定一个或多个主电池的需要。即使在这种情况下，设计师们仍然可以发现自己面临着越来越大的差距，功率要求和电池总容量。当差距过大，消费者对产品不满意，认为它过于频繁，需要更换电池或充电
减少电池负荷
而设计师可以使用不同的省电技术，延长电池寿命的根本方法在于降低平均输出电流。高电流负载的平均电池寿命缩短，甚至把几年来只有几个月作为负载电流从1上升到10μμ一典型非充电电池，如松下br1225，br1632，纽扣电池BR2330，和br3032锂电池（图1）。通过提供备用电源，能量收集技术可以使设计人员能够减少从原电池的平均电流输出，从而延长其寿命
最基本的能量收集的设计，先进的电源管理IC管理能源输出环境能量的传感器，手柄充电储能设备如薄膜电池或超级电容器提供所需的电源电压给负载。在某些情况下，设计者可以建立简单的电池扩展电路相结合的电源管理器件和模拟开关。
在一个简单的扩展电池电路（图2），一个模拟设备adg719模拟开关可用于开关电源的负载原电池和存储设备如Cymbet CBC3150之间。在这个电路的心脏，电源管理ic（如模拟设备adm6316）是用来检测从CBC3150的存储设备良好的电压输出。在这种情况下，电力主管IC将激活adg719模拟开关，使低压降（LDO）的调节，如德克萨斯仪器tps780330220ddcr，提供稳压输出电压的负载。
在本设计中的一个关键组成部分是Cymbet CBC3150，其中集成了薄膜存储设备在一个单一的设备电源管理电路。正常运行时，其内部的EnerChip充电薄膜存储使用其内置的电荷泵，它的工作从2.5 V到5.5 V时，器件的电源低于用户定义的阈值电压，IC将会发送这一事件的信号，并规定薄膜存储设备的电压为输出电压。
电池扩展器电路
一些能量收集装置的设计，特别是支持电池寿命延长。例如，线性技术ltc3107设计无缝地融入现有的应用程序从一个原电池（图3）。的ltc3107利用热电发电机（TEG）收获的能源，以减少对原电池的负载，从而延长其使用寿命。
利用它内部的Boost变换器，该ltc3107可以从TEG提供电压水平低20 mV收获能量。随着2.2 V的LDO输出驱动外部MCU，该器件提供了一个主输出电压，自动适应匹配的原电池的电压。每当收获的能量是可用的，这ltc3107无缝过渡从电池取电，延长电池的使用寿命。该设备还可用于滴标准电容器或超级电容器电荷储存多余的能量收获，进一步延长电池寿命。
使用电池时，该装置将只有80 nA的VBAT，除了最小的泄漏电流解耦电容VBAT。如果电池移除，去耦电容的VBAT将继续保持VBAT电压，这将慢慢腐烂由于泄漏。例如，一个去耦电容20 Fμ名义和0.1μVBAT的泄漏，VOUT将衰减率在约5毫伏每第二衰减率，通常会在更换电池可以持续运行
功率优先
线性技术的扩展电池寿命LTC3330提供更复杂的功能。该器件包括一个片上的降压-升压直流/直流转换器为负载从外部主电池供电。此外，该设备包括一个完整的能量收集供应，包括一个集成的全波桥式整流器和一个高电压降压转换器，以电力负载从不同形式的环境能量，包括压电，太阳能或磁源。
在操作过程中，该设备可以直接输出直流/直流转换器，以其单输出（图4）。当收获的能量是可用的，收割机的降压转换器供电电源，降低了静态电流消耗的电池基本上为零，从而延长了电池的寿命。当足够的收获的能量可用电池供电，通过其专用的降压-升压转换器来输出。
在该装置的心脏，一个输入的算法决定是否使用能量采集输入或电池输入功率输出。如果一个电池供电的降压-升压型转换器和收获的能量超过阈值电压，先锋将关闭电池转换器打开能量收集转换器提供一个平稳过渡，保持输出电压调节。当收获的能量低于阈值水平，先锋将切换到电池在保持调控如果电池电压高于1.8 V的如果电池电压低于1.8 V时，LTC3330的算法不会重新启用电池Buck-Boost变换器和输出将会崩溃，直到有足够的收获的能量是可用的（或更换电池）。
结论
即使需求加速为更多功能丰富的产品，预期更长的电池寿命继续不减。对于设计人员面临着不断增长的功率预算，利用能量收集技术，延长电池寿命的能力，提供了一个重要的方法，减少功率需求和电池寿命之间的差距。使用可用的电源管理芯片和专门的设备，工程师可以采用能量收集，以减少对原电池的负载，从而延长它们的寿命。
能量收集提供了一种手段，从环境能源，包括太阳能，温度差，振动或射频能量的许多应用程序严格的权力。对于这些“零功率”的设计，可用的环境能量超过设计功率的要求-通常是因为应用程序带来的最小功能的要求很容易满足使用超低功率元件。
对于其他应用程序，不管怎样，更复杂的应用程序的要求可以提示的功率生成/消耗比远离零电源解决方案，而不是决定一个或多个主电池的需要。即使在这种情况下，设计师们仍然可以发现自己面临着越来越大的差距，功率要求和电池总容量。当差距过大，消费者对产品不满意，认为它过于频繁，需要更换电池或充电
减少电池负荷
而设计师可以使用不同的省电技术，延长电池寿命的根本方法在于降低平均输出电流。高电流负载的平均电池寿命缩短，甚至把几年来只有几个月作为负载电流从1上升到10μμ一典型非充电电池，如松下br1225，br1632，纽扣电池BR2330，和br3032锂电池（图1）。通过提供备用电源，能量收集技术可以使设计人员能够减少从原电池的平均电流输出，从而延长其寿命
图1：一个小的变化，平均电流负载可能会导致一个大的变化，在一个大的变化，在一个大的寿命的非充电的原发性硬币电池
最基本的能量收集的设计，先进的电源管理IC管理能源输出环境能量的传感器，手柄充电储能设备如薄膜电池或超级电容器提供所需的电源电压给负载。在某些情况下，设计者可以建立简单的电池扩展电路相结合的电源管理器件和模拟开关。
在一个简单的扩展电池电路（图2），一个模拟设备adg719模拟开关可用于开关电源的负载原电池和存储设备如Cymbet CBC3150之间。在这个电路的心脏，电源管理ic（如模拟设备adm6316）是用来检测从CBC3150的存储设备良好的电压输出。在这种情况下，电力主管IC将激活adg719模拟开关，使低压降（LDO）的调节，如德克萨斯仪器tps780330220ddcr，提供稳压输出电压的负载。
图2：模拟开关和电源管理IC提供一个简单的扩展电池的基础上，通过切换负载输出到存储设备任何可能的时候
在本设计中的一个关键组成部分是Cymbet CBC3150，其中集成了薄膜存储设备在一个单一的设备电源管理电路。正常运行时，其内部的EnerChip充电薄膜存储使用其内置的电荷泵，它的工作从2.5 V到5.5 V时，器件的电源低于用户定义的阈值电压，IC将会发送这一事件的信号，并规定薄膜存储设备的电压为输出电压。
电池扩展器电路
一些能量收集装置的设计，特别是支持电池寿命延长。例如，线性技术ltc3107设计无缝地融入现有的应用程序从一个原电池（图3）。的ltc3107利用热电发电机（TEG）收获的能源，以减少对原电池的负载，从而延长其使用寿命。
图3：线性技术ltc3107旨在建立从原电池如CR2032硬币电池操作电路延长电池寿命
利用它内部的Boost变换器，该ltc3107可以从TEG提供电压水平低20 mV收获能量。随着2.2 V的LDO输出驱动外部MCU，该器件提供了一个主输出电压，自动适应匹配的原电池的电压。每当收获的能量是可用的，这ltc3107无缝过渡从电池取电，延长电池的使用寿命。该设备还可用于滴标准电容器或超级电容器电荷储存多余的能量收获，进一步延长电池寿命。
使用电池时，该装置将只有80 nA的VBAT，除了最小的泄漏电流解耦电容VBAT。如果电池移除，去耦电容的VBAT将继续保持VBAT电压，这将慢慢腐烂由于泄漏。例如，一个去耦电容20 Fμ名义和0.1μVBAT的泄漏，VOUT将衰减率在约5毫伏每第二衰减率，通常会在更换电池可以持续运行
功率优先
线性技术的扩展电池寿命LTC3330提供更复杂的功能。该器件包括一个片上的降压-升压直流/直流转换器为负载从外部主电池供电。此外，该设备包括一个完整的能量收集供应，包括一个集成的全波桥式整流器和一个高电压降压转换器，以电力负载从不同形式的环境能量，包括压电，太阳能或磁源。
在操作过程中，该设备可以直接输出直流/直流转换器，以其单输出（图4）。当收获的能量是可用的，收割机的降压转换器供电电源，降低了静态电流消耗的电池基本上为零，从而延长了电池的寿命。当足够的收获的能量可用电池供电，通过其专用的降压-升压转换器来输出。
在该装置的心脏，一个输入的算法决定是否使用能量采集输入或电池输入功率输出。如果一个电池供电的降压-升压型转换器和收获的能量超过阈值电压，先锋将关闭电池转换器打开能量收集转换器提供一个平稳过渡，保持输出电压调节。当收获的能量低于阈值水平，先锋将切换到电池在保持调控如果电池电压高于1.8 V的如果电池电压低于1.8 V时，LTC3330的算法不会重新启用电池Buck-Boost变换器和输出将会崩溃，直到有足够的收获的能量是可用的（或更换电池）。
图4：线性技术LTC3330使用一个片上的优先排序器电路输出从原电池切换到能量采集源，当足够的收获功率可用（线性技术提供）。
结论
即使需求加速为更多功能丰富的产品，预期更长的电池寿命继续不减。对于设计人员面临着不断增长的功率预算，利用能量收集技术，延长电池寿命的能力，提供了一个重要的方法，减少功率需求和电池寿命之间的差距。使用可用的电源管理芯片和专门的设备，工程师可以采用能量收集，以减少对原电池的负载，从而延长它们的寿命。