一种无线传感器的能量收集的实现

上述计算包括LTC3108所需的6μA静态电流，而且假定发送脉冲之间的负载极校在此场合中，一旦存储电容器达到满充电状态，它就能以2Hz的发送速率支持负载达637s的时间，或支持总共1274个发送脉冲。

　　10 利用后备电池的超低功率应用

　　有些应用或许没有脉冲负载，但却可能需要连续工作。传统上，此类应用由一个小型主电池(比如：3V币形锂电池)来供电。假如功率需求足够低，那么这些应用就能够利用热能收集来连续供电，或者可以借助热能收集来极大地延长电池的使用寿命，从而降低维护成本。

　　图14示出了一种利用后备电池来驱动一个连续负载的能量收集应用。在该例中，所有的电子线路均全部由2.2VLDO输出来供电，且总电流消耗小于200μA，只要TEG上至少存在3°C的温度差，LTC3108就能连续地给负载供电。在这些条件下，电池上没有负载。当可用的收集能量不够时，3V锂电池将无缝地"接管"并给负载供电。

　　图14：具有后备电池的能量收集器11 能量存储替代方案

　　对于那些选用可再充电电池来替代主电池以提供备份或能量存储的应用，图14中的二极管可以去掉，并用可再充电的镍电池或锂离子电池(包括新型可再充电薄膜锂电池)来替换锂电池。如果采用的是可再充电的镍电池，则其自放电电流必须小于LTC3108所能供应的平均充电电流。如果选用锂离子电池，则需要增设额外的电路以保护其免遭过度充电和过度放电的损坏。另外还有一种存储替代方案就是具有5.25V额定电压的超级电容器，例如：Cooper-BussmanPB-5ROH104-R。与可再充电电池相比，超级电容器的优势在于拥有更多的充/放电次数，而缺点则是能量密度低得多。

　　12 热量收集应用需要自动极性

　　有些应用(例如：无线HVAC传感器或地热供电的传感器)对能量收集功率转换器提出了另一种独特的挑战。此类应用要求能量收集电源管理器不仅能够依靠非常低的输入电压来工作，而且能以任一极性工作，因为TEG上的°T的极性可能改变。这是一个特别棘手的难题，而且，在几十或几百mV的电压条件下，二极管桥式整流器不是合适的选项。

　　LTC3109是唯一适合克服这种从任一极性的能量源收集能量之挑战的器件。LTC3109运用具1:100升压比的变压器，能以低至±30mV的输入电压工作。LTC3109与LTC3108的功能相同，包括一个LDO、一个数字可编程的输出电压、一个电源良好输出、一个开关输出和一个能量存储输出。LTC3109采用4mmx4mm20引脚QFN封装或20引脚SSOP封装。图15显示了LTC3109在自动极性应用中的一个典型例子。如图16所示，该转换器的输出电流随VIN变化的曲线说明，该器件在任一极性的输入电压时，都能同样良好地工作。

　　图15：自动极性能量收集器供电的无线传感器节点

　　图16：图15中转换器的输出电流随VIN变化的曲线

　　LTC3109也可以针对单极性操作进行配置，采用单个变压器(与LTC3108相似)来适应那些需要尽可能低的启动电压和尽可能高的输出电流的应用。图17中示出的电路可在仅15mV的电压下启动，该电压是采用所示的TEG在小于1°C的温差条件下产生的。在10°C温差时，它能够提供稳定的5V电压(在0.74mA电流下)，从而可输送3.7mW的已调稳态输出功率。在相同的条件下，这几乎达到了LTC3108输出功率的两倍，如图18所示。

　　图17：采用LTC3108的单极性转换器能在仅15mV的电压条件下启动

　　图18：LTC3108和LTC3109输出功率的比较

　　需要注意：在单极性配置中，LTC3109对TEG呈现出约1Ω的负载电阻，因此应选择一个具有非常低源电阻的TEG以实现优良的负载匹配，否则在单极性配置中使用LTC3109将毫无优势可言，这一点很重要。本例中所采用的TEG具有1.0Ω的标称源电阻，旨在实现最佳的功率传输。

　　13 结论

　　LTC3108和LTC3109能独特地在输入电压低至20mV时工作，或者以非常低的任一极性电压工作，提供了简单和有效的电源管理解决方案，能实现热能收集，以利用常见的热电器件为无线传感器和其他低功率应用供电。