新时代能量收集应用无处不在

上一个电场时，产生压力和/或应力)。

为了优化压电换能器，需要确定压电源的振动频率和位移特性。一旦确定了这些电平，压电元件制造商就能够设计一款压电元件，以机械的方式将其调谐至特定的振动频率，并确定其尺寸以提供所需的功率量。压电材料中的振动将触发正压电效应，从而导致电荷积聚在器件的输出电容上。积累的电荷通常相当少，因此 AC 开路电压很高，在很多情况下处于 200V 量级。既然每次挠曲产生的电荷量相对较少，那么有必要对这个 AC 信号进行全波整流，并在一个输入电容器上逐周期积累电荷。

就能源选择而言，在热源和压电源之间存在权衡问题。不过，不管选择哪一种方法，这两种方法都是可行和现实的解决方案，可以非常方便地与现有技术一起使用。下表总结了这两种方法的优缺点：

注 1：在飞机中获得温度差的最佳途径是，获取飞机机舱内"皮"温度与机舱内部温度之差。

能量收集电源转换 IC

LTC3109 是一种高度集成的 DC-DC 转换器和电源管理器。它能从诸如 TEG (热电发生器)、热电堆甚至小型太阳能电池等极低的输入电压源收集和管理多余的能量。其独特的专有自动极性拓扑允许该器件用低至 30mV 的输入电源工作，而不管电源极性如何。

图 2：LTC3109 的典型应用原理图

TEG (THERMOELECTRIC GENERATOR)：TEG (热电发生器)

±30mV TO ±500mV：±30mV 至 ±500mV

OPTIONAL SWITCHED OUTPUT FOR SENSORS：面向传感器的可选开关输出

LOW POWER RADIO：低功率射频

SENSOR(s)：传感器

上面的电路用两个紧凑型升压变压器来提高 LTC3109 输入电压源的电压，然后该器件为无线检测和数据采集提供一个完整的电源管理解决方案。它能收集小的温度差，不用传统的电池电源，就能产生系统电源。

就低至 30mV 的输入电压而言，推荐使用主-副匝数比约为 1:100 的变压器。就更高的输入电压而言，可用更低的匝数比来获得更大的输出功率。这些变压器是标准、现成有售的组件，而且诸如 Coilcraft 等磁性元件供应商可稳定供货。

LTC3109 采用一种"系统级"方法来解决复杂问题。它转换低压源，并管理多个输出之间的能量。用 LTC3109 外部的充电泵电容器和内部的整流器对每个变压器副端绕组上产生的 AC 电压升压并整流。该整流器电路将电流馈送进 VAUX 引脚，从而向外部 VAUX 电容器、然后是其他输出供电。

内部 2.2V LDO 可以支持低功率处理器或其他低功率 IC。该 LDO 由 VAUX 和 VOUT 二者之间较高的一个供电。这使它能在 VAUX 一充电到 2.3V 就能有效运行，同时 VOUT 存储电容器仍然在充电。倘若 LDO 输出上有阶跃负载，那么如果 VAUX 降至低于 VOUT，电流就可能来自主 VOUT 电容器。该 LDO 能提供 3mA 输出电流。

VSTORE 电容器也许值非常大 (数千微法甚至数法拉