超低压转换器推动热电源能量收集的发展

.5? 的最小输入电阻。（请注意，这是转换器的输入电阻，而不是该 IC 本身的输入电阻。） 这一电阻值落在大多数 TEG 电源电阻范围的中间部份，从而提供了良好的负载匹配，以实现接近最佳的功率传递。LTC3109 设计为： 随着 VIN 下降，输入电阻增大。这一特点允许 LTC3109 很好地适应具不同源电阻的 TEG。

　　为发电选择 TEG

　　大多数热电模块制造商都不提供输出电压或输出功率随温差变化的数据，而这正是热能收集器设计师想看到的东西。其他一些可能有用的 TEG 参数是电气 （AC） 电阻和热阻。制造商也不总是提供这些参数。两个总是提供的参数是 VMAX 和 IMAX，这是特定模块 （当受到加热 / 冷却应用驱动时） 的最大工作电压和最大工作电流。VMAX 除以 IMAX 将得到该模块电阻的近似值。

　　如果有大量热流可用，那么在 TEG 的一侧可以提供充分的散热，为发电而选择热电模块时，一个良好的经验法则是，就给定尺寸而言，选择 （VMAX * IMAX） 之积最大的模块。这样选择以后，一般能提供最高的 TEG 输出电压和最低的电源电阻。使用这个经验法则时，有一点需要提醒的是，散热器的尺寸必须按照 TEG 的大小确定。为了实现最佳性能，较大的 TEG 需要较大的散热器。请注意，电阻如果已给定，那么给定的是 AC 电阻，因为利用传统方法，该电阻无法用 DC 电流测量，DC 电流会产生席贝克电压，而该电压又会导致错误的电阻读数。就可用热流有限和 / 或必须使用较小散热器的应用而言，最好选择其热阻与最大可用散热器匹配的 TEG 。

　　图 7 显示，在 1°C 至 20°C 的 ?T 范围内，一个 30mm2 的 TEG 之输出电压和最大输出功率。在这一温差范围内，输出功率从数百微瓦变化到数十毫瓦。注意功率曲线假设一个理想负载匹配并且没有转换损耗。最终，由 LTC3109 将其升高到更高的电压后，由于电源转换损失，可用输出功率会变小。LTC3109 的数据表针对几种不同工作条件，提供了几条可用输出功率曲线。

　　图 7：采用一个 30mm2 TEG 时的开路电压和最大功率耗散

　　OPEN-CIRCUIT：开路

　　MAX， IDEAL：最大值、理想情况

　　127 COUPLES：127 个耦合器

　　就给定应用而言，所需 TEG 的尺寸取决于最小可用 ?T、负载所需的最大平均功率以及用来保持 TEG 一侧处于环境温度的散热器热阻。

　　热考虑

　　当在温度不同的两个表面之间放置一个 TEG 时，加入 TEG 之前的"开路"温差高于放置 TEG 之后 TEG 两侧的温差。这是因为， TEG 本身的两个面板之间有相当低的热阻 （典型值为 1°C/W 至 10°C/W）。

　　例如，考虑以下情况，一个正在运行的大型机器之表面温度为 35°C，周围环境温度为 25°C。将一个 TEG 安装到该机器上时，必须给该 TEG 温度较低 （环境温度） 的一侧增加散热器，否则，整个 TEG 会受热升高到接近 35°C，从而消除了任何温度差。请记住，输出电功率是通过 TEG 的热流产生的。

　　在这个例子中，散热器和 TEG 的热阻决定，在 TEG 两侧总共存在多大的 ?T。该系统的简单热模型如图 8 所示。

　　图 8： TEG 和散热器的热阻模型

　　AMBIENT TEMPERATURE：环境温度

　　RTHERMAL OF HEATSINK：散热器的 RTHERMAL

　　RTHERMAL OF TEG： TEG 的 RTHERMAL

　　RTHERMAL OF HEAT SOURCE：热源的 RTHERMAL

　　HEAT SOURCE：热源

　　假定热源的热阻 （RS） 可以忽略不计，TEG 的热阻 （RTEG） 为 6°C/W，散热器的热阻为 6°C/W，那么 TEG 上产生的 ?T 仅为 5°C。从一个其上仅有几度温差的 TEG 仅能产生很低的输出电压，这突出显示了 LTC3109 能用超低输入电压工作所具有的重要性。

　　请注意，与较小的 TEG 相比，较大的 TEG 因为表面积较大，所以通常有较低的热阻。因此，在应用中，若在 TEG 一侧使用相对较小的散热器，那么与较小的 TEG 相比，较大的 TEG 上的 ?T 将较小，因此也许未必提供更大的输出功率。在任何情况下，使用具最低热阻的散热器，都能通过最大限度地增大 TEG 上的温差，而最大限度地增大电输出。

　　对于有较大温差 （即较高的输入电压） 可用的应用而言，匝数比较小的变压器 （例如 1:50 或 1:20） 可用来提供较大的输出电流。作为一个一般性的规则，在有负载情况下，如果最低输入电压至少为 50mV，那么建议使用 1：50 的匝数比。如果最低输入电压至少为 150mV，那么建议使用 1：20 的匝数比。

　　具电池备份的超低功率应用

有些应用是连续运行的。这类应用传统上由小型主电池供电 （例如 3V 锂离子币形电池）。如果功率需求足够低，那么这类应用