无线传感电源系统电路设计攻略

通过设置相应的外围电路的电阻参数，可以使输出得到一个稳定的电压，这样就可以稳定地驱动后面的无线传感器发射节点。为了更好的对图2设计电路进行解释说明，下面对上述电路图的各个模块包含的芯片和相关电子元件，以及工作方式和功能进行详细的描述。图2中的电路是微型温差发电器自供电系统的总体电路图，根据实际电路的作用可将其划分为三个电路，在此以电路A、B和C来代替。电路A是以BQ25504芯片为核心的具有MPPT功能的DC-DC升压变换器电路以及能量存储电路；电路B是以MIC841N芯片为核心的双电压比较器电路；电路C是以TPS78001芯片为核心的稳压器输出电路。

　　具备MPPT功能的DC-DC升压转换以及储能电路设计

　　如图3所示，电路A主要是由电能管理芯片BQ25504及其外围电路构成。首先按照如图3连接电路A的相关电子元器件。TEG（Thermoelectric Generator）即是微型温差发电器，它输出的是温差电转换的裸电压。电路A的主要功能是MPPT、DC-DC升压变换，以及能量存储电路，以下对如何实现这三个功能进行详细叙述。

　　图3带MPPT功能的DC-DC升压电路和能量存储电路原理图

　　DC-DC超低电压升压功能电路设计

　　本文设计的能量缓冲器电路是在BQ25504芯片的输出位置通过一个二极管D1接入一个储能电容器。通过储能电容器的应用，本文可以实现在温差能充足时，DC-DC转换过后的能量不仅能够供给无线传感器节点使用，而且多余的能量可以存储在储能电容器中，实现能量的最大节约；温差发电器采集到的电量不足的时候储能电容器可以暂时充当能量源的角色，保证后面的无线传感器节点有效的工作，并且由于二极管D1的存在避免了储能电容器反向给温差发电器充电的情况。

　　双电压比较器MIC841N为核心的比较器电路设计

　　在本文中，采用MIC841N作为电压比较器，通过该比较器可以实现对储能电容存储电压的检测，并对后续的线性稳压器的工作状态进行控制。如图4所示是MIC841N的工作参考电路，本文依托参考电路，合理设置外围电阻等器件参数，来实现其比较控制功能。

　　图4 MIC841N双电压比较器工作参考电路

　　首先，如图4所示，连接好电路，其Vin端接前面电路的储能电容器的正极；Vin端通过电阻R2接入LTH端；LTH端和HTH端通过电阻R3相连；HTH端接电阻R4然后接地；Vout接TPS78001芯片的EN端。本文采用了TPS78001芯片作为稳压输出设备。如图6所示为TPS78001的工作参考电路图。首先按照图6连接电路图。IN端接储能电容器的正极；EN使能端接MIC841N的OUT端；OUT端和FB端之间接电阻R5；FB端接R6然后接地；OUT端输出一个稳定的电压，可设置，在本文中为3V，供给后面的无线发射模块使用。

　　图6电路C稳压器电路原理图

　　本文提供了一种基于微型温差电池的无线传感网络节点自供电系统，通过选择BQ25504、MIC841N和TPS78001芯片，设计相关外围电路，构建了一个完整的无线传感网络节点。实验结果表明，该自供电系统具备启动电压低，能以最大功率点输出的优点。发射模块传送的距离可达62.7m，可直接放置于暖气片、空调出风口、等物体表面，实现微弱能源的采集和利用，能有效解决无线传感网络节点能源供电问题，具备较高的实用价值。

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