适用于工业能源采集的技术

EG]、甚至小型太阳能电池）的剩余能量的任务而设计。其升压拓扑结构可在低至20mV的输入电压条件下运作。这是很重要，因为它使得LTC3108能够从一个温度变化量小至1℃的TEG收集能量——相比之下，由于分立型实现方案高静态电流的原因，其想要做到这一点则相当吃力。

图2中给出的电路采用了一个小的升压型变压器，用于提升至一个LTC3108的输入电压电源，这样就提供了一款适合无线检测和数据采集的完整电源管理解决方案。它能够采集小的温差并生成系统电源，而并未使用传统的电池电源。

图2：在无线远程传感器应用中使用的LTC3108从一个 TEG（Peltier Cell）来供电

LTC3108利用一个耗尽型N沟道MOSFET开关来形成一个谐振升压振荡器（采用一个外部升压变压器和一个小耦合电容器）。这使得它能够将一个低至20mV的输入电压升举至足够高的电平，以提供多个用于给其他电路供电的已调输出电压。振荡的频率由变压器副端绕组的电感决定，通常在20kHz至200kHz的范围内。

对于低至20mV的输入电压，建议采用一个约 1:100 的主-副端匝数比。对于较高的输入电压，可采用一个较低的匝数比。这些变压器是标准的市售元件，而且随时可以向磁性元件供应商订购。20mV的低电压运作正是凭借我们的复合耗尽型N沟道MOSFET得以实现的。

由图3可见，LTC3108采取了一种解决复杂问题的"系统级"方法。它能够转换低电压电源并管理多个输出之间的能量。在变压器副端绕组上产生的AC电压采用一个外部充电泵电容器（连接在副端绕组和引脚C1之间）以及LTC3108内部的整流器进行升压和整流。该整流器电路将电流馈入VAUX引脚，并把电荷输送至外部VAUX电容器，而后至其他输出。

内部2.2V LDO可支持一个低功率处理器或其他的低功率IC。该LDO由VAUX和VOUT两者当中数值较高的那个来供电。这使得它能够在VAUX充电至2.3V（此时VOUT存储电容器仍然处于充电过程之中）时立即进入运行状态。如果 LDO输出端上存在一个阶跃负载，则在VAUX降至低于VOUT的情况下电流可以取自主VOUT电容器。LDO输出能够提供高达3mA的电流。

图3：LTC3108方框图

VOUT上的主输出电压从VAUX电源来充电，并可由用户采用电压选择引脚VS1和VS2设置为4种已调输出电压之一。4种固定输出电压是：2.35V（用于超级电容器）、3.3V（用于标准电容器）、4.1V（用于锂离子电池终端）或5V（用于较高的能量存储）和一个主系统电源轨（用于给一个无线发送器或传感器供电）—— 从而免除了增设阻值达数兆欧（MΩ）的外部电阻器的需要。因此，与那些需要非常大阻值电阻器的分立型设计不同，LTC3108并不要求采用特殊的电路板涂层以最大限度地减少泄漏。

第二个输出（VOUT2）可以由主微处理器采用VOUT2_EN引脚来接通和关断。当被使能时，VOUT2通过一个P沟道MOSFET开关与VOUT相连。该输出可用于为诸如传感器或放大器等不具备低功率睡眠或停机功能的外部电路供电。作为楼宇温度自动调节器内置检测电路一部分的MOSFET的上电和断电便是此类实例之一。

VSTORE电容器可以具有非常大的电容值（几千μF甚至F），以在有可能失去输入电源的时候提供保持作用。一旦上电操作完成，则主输出、备用输出和开关输出均可使用。如果输入电源发生故障，则操作仍然能够借助VSTORE电容器的供电而得以持续。VSTORE输出可用于在VOUT达到稳压状态之后对一个大存储电容器或可再充电电池进行充电。在VOUT达到稳压状态以后，将允许VSTORE输出充电至高达VAUX电压（该电压被箝位于5.3V）。VSTORE上的电能存储元件不仅能够在失去输入电源的情况下用于给系统供电，而且还能够在输入电源所具备的能量不足时用于补充VOUT1、VOUT2和LDO输出所需要的电流。

一个电源良好比较器负责监视VOUT电压。一旦VOUT充电至其已调电压的7%以内，则PGOOD输出将走高。如果VOUT从其已调电压下降9%以上，则PGOOD将走低。PGOOD 输出专为驱动一个微处理器或其他芯片I/O而设计，且并非用于驱动诸如 LED 等较高电流负载。

结论

总之，LTC3108热能采集、DC-DC升压型转换器和系统管理器是一款革命性的器件，可以从太阳能电池、热电发生器或其他相似的热源获得能量。该器件独特的谐振功率转换器拓扑结构使其能够在20mV的极低输入电压条件下启动。在目前市面上用于构成完整能量采集链的解决方案中，它所拥有的高集成度（包括电源管理控制器和市售的外部元件）令其成为其中体积最小、结构最简单且易于使用的一款。