适用于能量采集应用的电源管理架构

工作。常用能量缓冲器包括各种化学物质的可重复充电电池和超级电容器。电池管理电路有两个主要功能。首先，它对能量缓冲器的电压进行监控，确保该电压在由欠电压 (UV) 和过电压 (OV) 阈值确定的安全工作区域内。其次，它对能量缓冲器的容量进行监控，并为有效工作所需能量可用情况相关的负载提供指示。利用一些简单的技术，例如：能量缓冲器电压监控或者使用电量计方法，对电池的输入、输出电压和电流进行测量，便可完成对电量的测量。当使用简单的电压型方法指示能量缓冲器剩余电量时，我们可以实现一种被称作电力良好水平的用户可编程中间电压电平。

电池管理部分的设计考虑因素取决于所使用的能量缓冲器。使用可重复充电电池时，OV 和 UV 阈值基于电池的化学物质组成。使用超级电容器时，OV 和 UV 阈值由 IC 和电容器的绝对最大额定值的下限决定。使用能量缓冲器的最佳设置，可以最大化系统的寿命。电池管理部分的另一个设计考虑因素是电池管理部分消耗的静态电流。电池管理模块电路包括基准、比较器和数字逻辑等基础模块。必需最小化这些电路消耗的电流。这是因为，电池管理部分使用的任何能量都会使电池漏电，并且这种能量并未提供给外部负载。

冷启动

冷启动单元是一种备选模块，在典型能源采集 PMIC 中可有可无。冷启动单元的功能是在存储组件中所储能量不足时帮助系统启动。具体冷启动单元设计取决于不同的应用。就太阳能应用而言，我们可以使用一个输入驱动型（相对于电池供电型）振荡器来驱动暂时低效的开关式转换器的开关^[1]。一旦能量缓冲器中形成足够的能量，高效开关式转换器便可接管。就热电发电机而言，可使用变压器耦合振荡器拓扑或者利用系统的机械运动，来实现冷启动单元^[2,3]。这种模块的设计考虑因素为最小启动电压、启动功率、峰值浪涌电流和启动所需时间。

稳压器

稳压器的功能是对电池电压进行调节，以提供稳定的电压。这种模块的拓扑取决于电池、系统负载要求和静态电流。

总结

本文中，我们讨论了适用于 DC 能源采集应用的电源管理 IC 设计或者选择过程中需要考虑的一些重要因素，包括每个 IC 基础模块的设计考虑因素等。能源采集 PMIC 可以把某些或者所有功能都集成在单块 IC 上。PMIC 选择取决于能源采集源、能量缓冲器和系统负载。

参考文献

1、《6 引脚 SC-70 封装的低输入电压升压转换器》(TPS61220)，2009 年 1 月 TI 产品说明书 (SLVS776)。

2、《35mV 启动电压免电池长效节能设计的热电能量采集接口电路》，作者：Yogesh Ramadass, Anantha Chandrakasan，刊发于 2011 年 1 月《IEEE 固态电路杂志》。

3、《热电发电机低输入电压转换器设计》，作者：John Damaschke，刊发于1997年《IEEE 工业应用杂志》第 3 卷No. 55 第 1203 页 – 1208 页。

作者简介

Karthik Kadirvel现任 TI 微型电源能量采集产品部的混频信号设计工程师。他毕业于美国弗罗里达大学 (University of Florida)，获博士学位。

John Carpenter现任 TI 微型电源能量采集产品部系统工程师。他毕业于美国南弗罗里达大学 (University of South Florida)，获硕士学位。

Brian Lum-Shue-Chan 现任 TI 电池管理产品部设计经理。他毕业于美国佐治亚州亚特兰大乔治亚理工学院 (Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia)，获电子工程理学学士学位和硕士学位。

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