低功率是物联网的关键

动，无法给目标应用供电。当收集的能源不再可用时，LTC3331 自动转换到电池。这带来了一个额外的好处，如果适合的能量收集电源至少在一半时间内可用，就允许电池供电的 WSN 将工作寿命从 10 年延长至超过 20 年，如果能量收集能源更加普遍存在，那么寿命甚至能够延长至更长时间。该器件还集成了一个超级电容器平衡器，因此允许增大输出存储量。

既然可穿戴设备收集的能量非常低 (在纳安至毫安量级)，那么当务之急是，任何 DC/DC 转换都要消耗尽可能少的功率，以确保最佳能量传输。为了实现这么严格的目标，DC/DC 转换器本身必须消耗纳安量级的电流。正是出于这个原因，凌力尔特推出了 LTC3335，这是一款毫微功率降压-升压型 DC/DC 转换器，集成了库仑计数器，面向 WSN 中的 IoT 产品、可穿戴设备、以及通用能量收集应用 (参见图 2)。

图 2：LTC3335 毫微功率降压-升压型转换器的典型应用原理图

LTC3335 是一款高效率、低静态电流 (680nA) 转换器。其集成的库仑计数器监视长寿命电池供电应用的电池累计放电量。这个计数器在内部寄存器中存储电池的累计放电量数字，该寄存器可通过 I²C 接口访问。降压-升压型转换器的输入可在低至 1.8V 时工作，提供 8 个引脚可选输出电压，输出电流高达 50mA。为了适合多种类型和尺寸的电池，峰值输入电流的选择范围可以从低至 5mA 到高达 250mA，满标度库仑计数器的可编程范围为 32768:1。

无论何时，只要降压-升压型转换器向负载提供电流，该器件集成的精确库仑计数器就记录从电池传送出的累计电荷量。当未处于休眠模式时，降压-升压型转换器面向所有电池和输出电压情况作为 H 桥工作 (参见图 3)。

图 3：LTC3335 以 H 桥模式工作时的定时图

开关 A 和 C 在每个突发周期开始时接通。电感器电流斜坡上升至 I_peak，然后开关 A 和 C 断开。接着，开关 B 和 D 接通，直到电感器电流斜坡下降至零为止。这个周期一直重复，直至 V_out 达到休眠门限为止。如果 I_peak 和开关 AC(ON) 时间 (t_AC) 都是已知的，那么 BAT 放电库仑量 (图 3 中的阴影区域) 可以通过对 AC(ON) 周期计数并乘以每个 AC(ON) 期间的电荷量来计算，每个 AC(ON) 期间的电荷量由以下公式给出：

q _AC(ON)  =  (I_peak * t_AC)/2

当降压-升压型转换器工作时，LTC3335 测量相对于满标度 ON 时间 (t_FS，约为 11.74µs) 的实际 AC(ON) 时间，满标度 ON 时间是内部调节的，以补偿电源、温度和工艺变化导致的、实际选定的 I_peak 值的误差。这样就可针对电池在每个 AC(ON) 周期传送出的电荷量产生非常准确的"测量值"。

结论

显然，将有众多 WSN、可穿戴产品和 IoT 产品需要毫微功率 DC/DC 转换和库仑量计算，以确保这些产品的最佳性能和寿命。不过，直到不久前这类转换产品才上市。由于有凌力尔特这样的供应商，所以毫微功率产品设计师将有大量可供选择的转换解决方案。

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