能量收集系统介绍

振动能) 转换为电能。压电元件可以由 PZT (锆钛酸铅) 陶瓷、PVDF (聚偏氟乙烯) 或其他复合材料制作而成。当陶瓷的晶体结构被压缩时，陶瓷压电元件呈现出一种压电效应，内部偶极运动将产生一个电压。当分子相互排斥而发生弯曲时，由长链分子构成的聚合物元件将产生一个电压。陶瓷常常在直接压力之下使用，而聚合物则更容易弯曲。

可用的压电器件有很多种，这些器件产生各种开路电压和短路电流。开路电压和短路电流形成一条压电器件的“负载线”，这条线随着可用振动能量的增加而上升，如图 6 所示。LTC3588-1 可以处理高达 20V 的输入电压，此时，一种保护性并联电路保护该器件免受 VIN 上过压情况的损害。如果充足的环境振动导致压电器件产生比 LTC3588-1 所需更多的能量，并联电路会消耗多余的能量，从而将压电器件有效地箝位在其负载线上。

LTC3588-1 通过内部低损耗桥式整流器与压电器件连接，桥式整流器可通过 PZ1 和 PZ2 引脚连接。整流后的输出存储在 VIN 电容器中。在 10uA 的典型压电电流时，与桥式整流器有关的压降在 400mV 量级。桥式整流器在 125℃ 时反向泄漏电流不到 1nA，带宽高于 1MHz，能携带 50mA 电流，因此适合其他多种输入电源。

可以确定环境振动的特征，以选择具有最佳特性的压电器件。振动频率和振动力以及使用 LTC3588-1 输出电容器库的时间间隔和每次突发所需能量有助于决定最佳压电器件。可以以这种方式设计系统，以便系统按照可用能量允许的频度执行任务。有些情况只要能收集能量，不管多少都行，这时没有必要优化压电器件。

　　可以选择的能量储存方法

收集的能量可以储存在输入电容器或输出电容器上。宽输入范围利用了以下事实的好处：储存在电容器上的能量与电容器电压的平方成正比。输出电压稳定后，任何多余的能量都储存在输入电容器上，输入电容器的电压也会上升。当输出端有负载时，降压型稳压器能够高效率地将以高压形式储存的能量传送给稳定的输出。尽管输入端的能量储存利用了输入端的高压，但是负载电流被限定为降压型稳压器能够提供的 100mA。如果需要为较大的瞬态负载提供服务，那么可以改变输出电容器的大小，以在瞬态期间支持较大的电流。

PGOOD 输出有助于进行电源管理。输出第一次达到稳定时，PGOOD 变高 (相对于 VOUT)，并保持高电平，直到输出降至稳定点的 92% 为止。PGOOD 可以用来触发一个系统负载。例如，PGOOD 变高时，电流突发可以开始，并持续消耗输出电容器电量，直到 PGOOD 变低为止。在有些情况下，利用最后焦耳是很重要，而且如果输出仍然在稳定点的 92% 之内，那么 PGOOD 引脚将保持高电平，即使输入降至低于较低的 UVLO 门限 (就像如果振动停止可能发生的那样) 也一样。LTC3588-1 延长电池寿命

能量收集系统不但能消除对电池的需求，还能对电池解决方案起到补充作用。能量收集系统可以配置为，当环境能量可用时，就卸载电池，但是在环境电源消失时，就启用电池，将电池作为备份电源使用。这种方法不仅改善了可靠性，还能产生一个响应更快的系统。例如：布设于运输设备 (比如牵引拖车) 上的一个能量收集传感器节点可以在拖车的行驶途中收集能量。当货车停泊且无振动时，一个后备电池仍将提供运输设备查询所需的能量。

图8中的电池备份电路显示一个 9V 电池和一个串联连接到 VIN 的隔离二极管。压电器件通过内部桥式整流器给 VIN 充电，而隔离二极管防止反向电流流入电池。图中所示是一个 9V 电池，只要电池组电压不超过 18V 就行，这是可以通过一个外部低阻抗电源加给 VIN 的最高电压。当设计一个电池备份系统时，应该选择压电换能器和电池，以使峰值压电电压超过电池电压。这允许压电器件“接管” 并为 LTC3588-1 供电。

　　大量可替换使用的能源解决方案

除了可从压电器件获得的环境振动能，LTC3588-1 还可以收集其他来源的能量。集成的桥式整流器允许很多 AC 电源为 LTC3588-1 供电。图 9所示的荧光灯能量收集器以容性方式收集 AC 供电的荧光灯管辐射的交替变化电场能量。铜板可以放置在位于灯架上的灯管的上方，以利用灯管产生的电场能量，并将该能量馈送给 LTC3588-1 和集成的桥式整流器。这样一个收集器可以在建筑物各处使用，为 HVAC 传感器节点供电。

LTC3588-1 另一个有用的应用是，用具有限流电阻器的 AC 线电压给该 IC 供电，如图10所示。这为简单的插件应用提供了一种低成本、无变压器的解决方案。设计直接连接到线电压的电路时，应该遵循一些正确的 UL 指导原则。

用来给 LTC3588-1 供