能量收集应用无处不在

LTC3105 是一款超低电压升压型转换器和 LDO，专门用来极大地简化从低压、高阻抗可替换电源收集和管理能量的任务，如光伏电池、热电发生器 (TEG)、燃料电池等电源。其同步升压型设计以低至 250mV 的输入电压启动，从而使该器件非常适用于在不够理想的照明条件下，从甚至最小的光伏电池收集能量。其 0.2V 至 5V 的宽输入电压范围使该器件成为多种应用的理想选择。集成的最大功率点控制器 (MPPC) 使 LTC3105 能抽取电源能所提供的最大可用功率。如果没有 MPPC，电源能产生的功率仅为理论最大值的一小部分。峰值电流限制自动调节，以最大限度地提高电源转换效率，同时突发模式 (Burst Mode®) 工作将静态电流降至仅为 22uA，从而最大限度地降低了能量储存元件的漏电流。超低 IQ LDO 能直接给流行的低功率微控制器或传感器电路供电。

       图 4 所示电路采用了 LTC3105，用单节光伏电池给单节锂离子电池充电。在太阳能能源可用时，该电路能使电池连续充电，而当太阳能能源不再可用时，电池能用储存的能量给应用供电。
 
图 4：利用单节光伏电池的锂离子电池涓流充电器

PHOTOVOLTAIC CELL：光伏电池
Li-Ion：锂离子电池

      LTC3105 能以低至 250mV 的电压启动。在启动时，AUX 输出最初在同步整流器禁止的情况下充电。一旦 VAUX 达到约 1.4V，该转换器就离开启动模式，进入正常工作状态。最大功率点控制在启动时不使能，不过，电流从内部限制到足够低的水平，以允许靠电流非常小的输入电源启动。尽管该转换器处于启动模式，但是 AUX 和 VOUT 之间的内部开关仍然保持禁止，而且 LDO 也是不采用。参见图 5 所示典型启动时序举例。

       当 VIN 或 VAUX 高于 1.4V 时，转换器进入正常工作状态。转换器继续给 AUX 输出充电，直到 LDO 输出进入稳定状态为止。一旦 LDO 输出进入稳定状态，转换器就开始给 VOUT 引脚充电。VAUX 仍然保持足够高的值，以确保 LDO 处于稳定状态。如果 VAUX 高于保持 LDO 稳定所需的值，那么就从给 AUX 输出充电转变为给 VOUT 输出充电。如果 VAUX 下降太多，那么电流就重新流向 AUX 输出，而不是用来给 VOUT 输出充电。一旦 VOUT 上升到高于 VAUX，就启动一个内部开关，以将这两个输出连接到一起。

       如果 VIN 高于被驱动的输出 (VOUT 或 VAUX) 上的电压，或被驱动的输出低于 1.2V，那么同步整流器就禁止，并以关键的传导模式工作，从而甚至在 VIN > VOUT 时，仍能实现稳定状态。

       如果输出电压高于输入电压并高于 1.2V 时，那么同步整流器就启动。在这种模式时，SW 和 GND 之间的 N 沟道 MOSFET 启动，直到电感器电流达到峰值电流限制为止。一旦达到电流限制，N 沟道 MOSFET 就关断，SW 和被驱动输出之间的 P 沟道 MOSFET 就启动。该开关一直保持接通，直到电感器电流降至低于谷值电流限制为止，然后重复该周期。当 VOUT 达到稳定点时，连接到 SW 引脚的 N 沟道和 P 沟道 MOSFET 都禁止，转换器进入休眠状态。

图 5：典型的 LTC3105 启动时序

INDUCTOR CURRENT：电感器电流
TIME：时间
OUTPUT VOLTAGE：输出电压
LDO IN REGULAION： LDO 处于稳定状态
START-UP MODE：启动模式
NORMAL OPERATION：正常工作
VOUT SYNCHRONOUS RECTIFIER ENABLED：VOUT 同步整流器启动
VOUT IN REGULATION：VOUT 处于稳定状态

       为了给微控制器和外部传感器供电，一个集成的 LDO 提供稳定的 6mA 轨。该 LDO 由 AUX 输出供电，从而允许该 LDO 在主输出仍然在充电时达到稳定状态。LDO 的输出电压可以是固定的 2.2V，或可通过电阻器分压器调节。

       集成的最大功率点控制电路允许用户为给定电源设定最佳输入电压工作点，参见图 6。MPPC 电路动态调节电感器的平均电流，以防止输入电压降至低于 MPPC 门限。当 VIN 高于 MPPC 电压时，电感器电流增大，直到 VIN 被拉低至 MPPC 设定点为止。如果 VIN 低于 MPPC 电压，那么电感器电流就减小，直到 VIN 升高到 MPPC 设定点为止。

图 6： 面向单节光伏电池的典型最大功率点控制点

cell current (Amp) ：电池电流 (A)
cell voltage (Volt) ：电池电压 (V)
current (A) ：电流 (A)
maximum power point (MPP) ：最大功率点
cell performance (Walt) ：电池性能 (W)

      LTC3105 纳入了在轻负载时最大限度地提高效率的功能，同时，通过将电感器峰值和谷值电流作为负载的函数加以调节，还在重负载时增强了提供功率的能力。在轻负载时，将电感器峰值电流降至 100mA，可降低传导损耗，从而优化了效率。随着负载增加，电感器峰值电流自动提高至 400mA (最大值)。当在中等负载时，电感器峰值电流可能在 100mA 至 400mA 之间变化。上述功能的优先级低于 MPPC 功能，并仅当电源提供的功率超过负载所需时才起作用。

       在诸如光伏转换之类的应用中，输入电源也许长时间不存在。为了在这类情况下防止输出放电，LTC3105 纳入了欠压闭锁 (UVLO) 功能，如果输入电压降至低于 90mV (典型值)，那么该功能就强制转换器进入停机模式。在停机模式，连接 AUX 和 VOUT 的开关启动，LDO 置于反向隔离模式，流进 VOUT 的电流降至 4uA (典型值)。在停机模式，通过 LDO 的反向电流限于 1uA，以最大限度地减轻输出放电。