面向能量收集的创新性解决方案

                                                                        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种稳压输出电压之一：2.35V(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 (用于给无线发送器或传感器供电)——从而免除了增设阻值达数MΩ的外部电阻器的需要。
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 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甚至几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VOUT、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。图4中示出的电路 采用了一个小型压电换能器，用于将机械振动转换为一个AC电压电源，以馈入LTC3588-1的内部桥式整流器。它能够收集小的振动能源并生成系统电源， 而没有使用传统的电池电源。
LTC3588-1是一款超低静态电流电源，专为能量收集和/或低电流降压应用而设计。该器件可直接连接至一个压电电源或AC电源，对电压波形 进行校正并将收集的能量存储在一个外部电容器上，通过一个内部并联稳压器泄放任何多余的功率并借助一个毫微功率高效降压型稳压器来保持一个已调输出电压。
LTC3588-1的内部全波桥式整流器可通过两个差分输入来使用，即负责对AC输入进行整流的PZ1 和PZ2。该整流输出随后被存储在位于VIN引脚上的一个电容器上，并可用作降压型转换器的能量储存器。低损耗桥式整流器具有一个约400mV的总压降和 典型压电生成电流(一般约为10μA)。该电桥能够传输高达50mA的电流。当 VIN引脚上拥有足够的电压时，降压型转换器将产生一个稳压输出。
降压型稳压器采用了一种迟滞电压算法，以通过来自VOUT 检测引脚的内部反馈对输出加以控制。降压型转换器通过一个电感器将一个输出电容器充电至一个略高于调节点的数值。它通过利用一个内部 PMOS开关使电感器电流斜坡上升至260mA、并随后利用一个内部NMOS开关使电感器电流斜坡下降至0mA零以完成该任务，从而有效地将能量输送至输 出电容器。其提供稳压输出的迟滞方法降低了因FET开关操作所引起的损耗，并在轻负载条件下保持了一个输出。降压型转换器在其执行开关操作时提供了一个最 小100mA的平均负载电流。

                             图4，LTC3588-1 电路将振动源或应变源转换为电流。

结论

由于拥有模拟开关模式电源设计专长的技术人员在全球都处于短缺状态，因此要想设计出如图1所示的高效能量收集系统一直是很困难的事。随着 LTC3108和LTC3588-1的推出，不仅能从几乎所有的热源或机械振动源吸取能量，还极大地简化了能量收集链中难以完成的功率转换设计。