电源低功率设计——多低才算低？

没有可从其收集能量的环境能源时，必须用辅助电力储存器给 WSN 供电。当然，从系统设计师的角度来看，这进一步增加了复杂性，因为他们现在必须考虑，必须在辅助电力储存器中储存多少能量，才能补偿环境能源的不足。究竟需要储存多少能量，取决于几个因素，包括：

　　(1) 环境能源不存在的时间。

　　(2) WSN 占空比 (即读取数据和发送数据的频度)。

　　(3) 辅助电力储存器 (电容器、超级电容器或电池) 的尺寸和类型。

　　(4) 环境能源是否足够? 即既能充当主能源，又有足够的富余能量给辅助电力储存器充电，以当环境能源在某些规定时间内不可用时，给系统供电。

　　环境能源包括光、热差、振动波束、发送的 RF 信号或者其他任何能够通过换能器产生电荷的能源。以下表 1 说明了不同能源能够产生的能量大小。

　　一款毫微功率 IC 解决方案

　　显然，WSN 可获得的能量很低。这又意味着，该系统中所用组件必须能够应对这种低功率情况。尽管收发器和微控制器已经解决了这个问题，但是在电源转换方面仍然存在空白。不过，凌力尔特推出了 LTC3388-1 / LTC3388-3，以专门应对这种需求。

　　LTC3388-1 / LTC3388-3 是一款 20V 输入、同步降压型转换器，可提供高达 50mA 的连续输出电流，采用 3mm x 3mm (或 MSOP10-E) 封装，参见图 1 所示原理图。该器件在 2.7V 至 20V 的输入电压范围内工作，适用于多种能量收集和电池供电应用，包括 “保持有效” 的电源和工业控制电源。

　　图 1：LTC3388-1 / LTC3388-3 典型应用原理图

　　LTC3388-1 / LTC3388-3 运用迟滞同步整流方法，以在很宽的负载电流范围内优化效率。该器件在 15uA 至50mA 负载范围内可提供超过 90% 的效率，且仅需要 400nA 静态电流，从而使其能够延长电池寿命。该器件采用 3mm x 3mm DFN 封装 (或 MSOP-10 封装)，仅需要 5 个外部组件，可为种类繁多的低功率应用组成非常简单和占板面积很紧凑的解决方案。

　　LTC3388-1 / LTC3388-3 提供准确的欠压闭锁 (ULVO) 功能，以在输入电压降至低于 2.3V 时禁止转换器，从而将静态电流降至仅为 400nA。一旦进入稳定状态 (无负载时)，LTC3388-1 / LTC3388-3 就进入休眠模式，以最大限度地降低静态电流，使其达到仅为 720nA。然后，该降压型转换器按需接通和断开，以保持输出稳定。当输出在持续时间很短的负载 (例如无线调制解调器，这类负载要求低纹波) 情况下处于稳定状态时，另一种备用模式禁止切换。这种高效率、低静态电流设计适用于能量收集等多种应用，这类应用需要长充电周期，同时以短突发负载为传感器和无线调制解调器供电。

　　结论

　　尽管便携式应用和能量收集系统正常工作时功率大小差异很大，从数微瓦直至高于 1W，但是有很多电源转换 IC 可供系统设计师选择。不过，在需要转换毫微安电流的较低功率情况下，选择变得有限了。

　　幸运的是，LTC3388-1 / LTC3388-3 单片降压型转换器的极低静态电流使该器件非常适用于低功率应用。低于 1μA 的静态电流可为便携式电子产品中 “保持有效” 的电路延长电池寿命，实现了 WSN 等全新一代能量收集应用。