能量收集从满足电源管理需求开始

生器（TEG）使用更多热量（Q），产生更多功率（P）。类似地，使用数量为两倍的功率转换器自然产生两倍的功率，因为它们可以获取两倍的热量。生器通过串联更多的P-N 节形成，不过，尽管这样可以在温度变化时产生更大的电压（mV/dT），但是也增大了热电发生器的串联电阻。这种串联电阻的增大限制了可提供给负载的功率。因此，视应用需求的不同而有所不同，有时使用较小的并联热电发生器而不是使用生器会更好。不管选择哪一种热电发生器，都有很多厂商提供商用热电发生器产品。

通过给一个组件施加压力，可以产生压电，而压电反过来又产生一个电位。压电效应是可逆的，展现正压电效应（当加上压力时，产生一个电位）的材料也展现反压电效应（当加上一个电场时，产生压力和/ 或应力）。

为了优化压电换能器，需要确定压电源的振动频率和位移特性。一旦确定了这些电平，压电元件制造商就能够设计一款压电元件，以机械的方式将其调谐至特定的振动频率，并确定其尺寸以提供所需的功率量。压电材料中的振动将触发正压电效应，从而导致电荷积聚在器件的输出电容上。积累的电荷通常相当少，因此AC开路电压很高，在很多情况下处于200V 量级。既然每次挠曲产生的电荷量相对较少，那么有必要对这个AC信号进行全波整流，并在一个输入电容器上逐周期积累电荷。

就能源选择而言，在热源和压电源之间存在权衡问题。不过，不管选择哪一种方法，这两种方法都是可行和现实的解决方案，可以非常方便地与现有技术一起使用。下表总结了这两种方法的优缺点：

注1：在飞机中获得温度差的最佳途径是，获取飞机机舱内“皮”温度与机舱内部温度之差。

能量收集电源转换IC

LTC3109是一种高度集成的DC-DC转换器和电源管理器。它能从诸如TEG（热电发生器）、热电堆甚至小型太阳能电池等极低的输入电压源收集和管理多余的能量。其独特的专有自动极性拓扑允许该器件用低至30mV 的输入电源工作，而不管电源极性如何。

上面的电路用两个紧凑型升压变压器来提高LTC3109输入电压源的电压，然后该器件为无线检测和数据采集提供一个完整的电源管理解决方案。它能收集小的温度差，不用传统的电池电源，就能产生系统电源。就低至30mV的输入电压而言，推荐使用主-副匝数比约为1:100的变压器。就更高的输入电压而言，可用更低的匝数比来获得更大的输出功率。这些变压器是标准、现成有售的组件，而且诸如Coilcraft 等磁性元件供应商可稳定供货。

LTC3109采用一种“系统级”方法来解决复杂问题。它转换低压源，并管理多个输出之间的能量。用LTC3109外部的充电泵电容器和内部的整流器对每个变压器副端绕组上产生的AC电压升压并整流。该整流器电路将电流馈送进VAUX引脚，从而向外部VAUX电容器、然后是其他输出供电。

图2 ：LTC3109的典型应用原理图。

内部2.2V LDO可以支持低功率处理器或其他低功率IC。该LDO由VAUX和VOUT二者之间较高的一个供电。这使它能在VAUX一充电到2.3V 就能有效运行，同时VOUT存储电容器仍然在充电。倘若LDO输出上有阶跃负载，那么如果VAUX降至低于VOUT，电流就可能来自主VOUT电容器。该LDO 能提供3mA 输出电流。

VSTORE 电容器也许值非常大（数千微法甚至数法拉），以在输入电源可能掉电时保持供电。一旦加电完成，那么主输出、备份输出和开关输出都可用。如果输入电源发生故障，那么仍然可以利用VSTORE 电容器的供电继续运行。

LTC3588-1 是一款完整的能量收集解决方案，为包括压电换能器在内的低能量电源而优化。压电器件通过器件的挤压或挠曲产生能量。视尺寸和构造的不同而不同，这些压电元件可以产生数百μW/cm2的能量。

图3 ：LTC3588的典型应用原理图。

应该提到的是，压电效应是可逆的，即展现直接压电效应（一加上压力就产生电位）的材料也展现反向压电效应（一加上电压就产生压力和/ 或应力，即挠曲）。

LTC3588-1在2.7V至20V的输入电压范围内工作，从而非常适用于多种压电换能器以及其他高输出阻抗能源。其高效率降压型DC/DC转换器提供高达100mA的连续输出电流或者甚至更高的脉冲负载。其输出可以设定为4 个固定电压（1.8V、2.5V、3.3V 或3.6V） 之一，以给无线发送器或传感器供电。输出处于稳定状态（无负载）时，静态电流仅为950nA，从而最大限度地提高了总体效率。

LTC3588-1用来直接与压电或可替代高阻抗AC电源连接、给电压波形整流以及在外部存储电容器中储存收集到的能量，同时通过一个内部并联稳压器消耗过多的功率。具1V至1.4V 迟滞窗口的超低静态电流（450nA）欠压闭锁（ULVO）模式使电荷能