小型光伏电池在能量收集应用中找到用武之地

低功率收发器只是到最近才可实现与微控制器的集成 (以提供非常低功率的无线连接)。不过，该链路中所欠缺的一直是能量收集 IC。

现有的能量收集器/管理器模块实现方案往往采用性能相对较低的分立型结构，通常包括 30 个或更多的组件。此类设计具有低转换效率和高静态电流。这两个缺陷均导致需要使用较大和更加昂贵的电池及太阳能电池，因而损害了最终系统的性能。如果不采用这些较大的储能元件，低转换效率将增加系统上电所需的时间，这反过来又将延长从获取一个传感器读数至传输该数据的时间间隔。功率转换电路中的高静态电流会严重限制所能收集并输送至应用负载的"可用"能量。而且，同时实现低静态电流运作和高功率转换效率还必需拥有高深的模拟开关模式电源专门知识 —— 这很少能够轻易获得。

   "缺失的一环"一直是能够采集和管理来自极低功率电源之剩余能量的高集成度 DC/DC 转换器。 

能量收集  ——  —个案研究

    我们以一个基于能量收集的工业监测系统为例进行研究，比如：埋置于偏僻荒野之中的地下输油管，它需要连续监测其流速、温度和压力 (沿管道每 50 米为一段)。每个节点均具有内置于管道壁中的温度、压力和流量传感器。必须每 5 秒钟进行一次测量并报告测量结果。由于输油管线长达数百英里，因此铺设供电和信息线路将非常昂贵，且必须提供不间断的维护，有可能需要进行代价高昂的修理。另外，定期更换电池也将是一项很花钱的工作，这是因为电池的数目十分庞大，而且偏僻地域的道路往往崎岖难行。我们所需要的是一种能够持续产生足够功率的电源 —— 它随时可用并可自我保持。最常见和易于使用的能量源之一可能是一个与诸如电池或超级电容器等储能元件协同运作的小型太阳能电池，用于在夜间及恶劣天气条件下提供持续供电。 

能量收集 IC

    凌力尔特公司近期推出了 LTC3105，这是一款超低电压升压型转换器，专为大幅度地简化收集和管理那些来自低电压和高阻抗替代电源 (例如：光伏电池、TEG [热电发生器] 和燃料电池) 之能量的任务而设计。该器件的同步升压型设计可在低至 250mV 的输入电压条件下启动，因而使其非常适合甚至是处于不太理想照明条件下的极小光伏电池收集能量。其 0.2V 至 5V 的宽输入电压范围使得它成为众多应用的合适之选。一个集成的最大功率点控制器 (MPPC) 使得能够直接从高阻抗电源 (比如光伏电池) 来运作，从而防止输入电源电压骤降至可由用户来设置的 MPPC 以下。峰值电流限值自动进行调节，以最大限度地增加从替代能源所吸取的功率，而突发模式 (Burst Mode^®) 操作则可将静态电流减小至仅 18μA，从而优化转换器的效率。

     图 2 中示出的电路采用 LTC3105 从单个光伏电池给单节锂离子电池充电。该电路使电池能够在太阳能电源可用时持续充电，而反过来，当太阳能电源不再可用时，电池也能够利用储存的能量来为某个应用电路 (例如：一个无线传感器节点) 供电。

图 2：采用单个光伏电池的锂离子电池涓流充电器

LTC3105 能够在低至 250mV 的电压条件下起动。在启动期间，AUX 输出最初利用停用的同步整流器来充电。当 V_AUX 达到约 1.4V 时，转换器将退出启动模式并进入正常操作状态。在启动期间未启用最大功率点控制器；然而，在内部将电流限制至足够低的水平以从弱输入电源实现启动。当转换器处于启动模式时，位于 AUX 和 V_OUT 之间的内部开关处于停用状态，而且 LDO 被停用。典型的启动序列实例请参阅图 3。

    当输出电压高于输入电压和 >1.2V 时，同步整流器被使能。在该模式中，位于SW 和 GND 之间的 N 沟道 MOSFET 被使能，直到电感器电流达到峰值电流限值为止。一旦达到电流限值，N 沟道 MOSFET 将关断，而位于 SW 和受驱动输出之间的 P 沟道 MOSFET 被使能。此开关保持接通状态，直到电感器电流减小至谷值电流限值以下为止，然后该循环将重复。当 V_OUT 达到稳压点时，连接至 SW 引脚的 N 沟道和 P 沟道 MOSFET 被停用，转换器将进入睡眠模式。

图 3： LTC3105 的典型启动序列

     为了给微控制器和外部传感器供电，一个集成的 LDO 提供了一个 6mA 稳压电源轨。集成的 MPPC 电路允许