Q&A：能量收集知多少 凌力尔特技术讲堂（一）

1.依贵公司看，半导体技术及产品在某个物联网领域的节能/智能能源系统中的应用与创新是什么?

回答一：在我们的周围存在着许许多多的环境能量，实现能量收集或节能的传统方法一直是借助太阳能电池板和风力发电机。不过，新的收集工具允许我们利用各种各样的环境能量源来产生电能。例如：热电发生器可将热量转换为电力、压电元件可转换机械振动、光伏元件用于转换阳光 (或任何光子源)、而流电元件 (galvanism) 则可从湿气实现能量转换。这就有可能给远程传感器供电，或者对电能存储器件 (例如：电容器或薄膜电池) 进行充电，以便微处理器或发送器能够无需本地电源而接受远程供电。

然而，正是在功率谱的 "低" 端 (这里，WSN、IoT 和传感器中的毫微功率转换变得越来越普遍) 才需要那种可以使用非常低的功率和电流的电源转换 IC。这些常常分别是几十微瓦 (μW) 功率和几十纳安 (nA) 电流。不过，此类工作电流低于 1μA 的电源转换产品 (包括电池充电器) 的供货源却是极其有限的。

一般地说，要想被上述这些应用所接纳和采用，电源转换 IC 必需具备的性能特征包括：

• 低待机静态电流 —— 通常小于 6μA，并可低至 450nA
• 低启动电压 —— 可低至 20mV
• 高输入电压能力 —— 高达 34V (连续) 和 40V (瞬态)
• 能够处理 AC 输入
• 多输出能力和自主型系统电源管理
• 针对太阳能输入的最大功率点控制 (MPPC) 功能
• 紧凑的解决方案占板面积和极少的外部组件

当然，由环境收集源所提供的收集能量取决于电源工作多久。因此，比较能量收集电源的主要衡量标准是功率密度，而不是能量密度。能量收集系统的可用功率一般很低、随时变化且不可预测，因而通常采用了一种与能量收集器和一个辅助电能储存器相连的混合结构。收集器 (由于能量供给不受限制和功率不足) 是系统的能量源。辅助电能储存器 (一个电池或一个电容器) 可产生较高的输出功率，但储存的能量较少，它在需要的时候供电，其他情况下则定期接收来自收集器的电荷。所以，在没有可供收集功率的环境能量时，必须采用辅助电能储存器给 WSN、IoT 设备或传感器供电。当然，从系统设计人员的角度来看，这进一步增加了复杂性，因为他们现在不得不考虑：必须在辅助电能储存器中储存多少能量，才能补偿环境能量源的不足。

2. 贵公司的芯片或解决方案的优势是什么，有哪些创新性的解决方案?

回答二：LTC3388-1/-3 是一款能接受 20V 输入的同步降压型转换器，其可提供高达 50mA 的连续输出电流，采用 3mm x 3mm (或 MSOP10-E) 封装，见图 1。该器件在 2.7V 至 20V 的输入电压范围内工作，因而非常适用于多种能量收集和电池供电型应用，包括 "保持运作" 的传感器和工业控制电源。

图 1：LTC3388-1/-3 典型应用原理图

LTC3388-1/-3 运用迟滞同步整流方法，以在很宽的负载电流范围内优化效率。其在 15μA 至 50mA 负载范围内可提供超过 90% 的效率，且仅需 400nA 的静态电流，从而使其能够在采用电池作为辅助电源的场合延长电池寿命。

LTC3388-1/-3 具有准确的欠压闭锁 (UVLO) 保护功能，以在输入电压降至低于 2.3V 时停用转换器，从而将静态电流减小至仅为 400nA。一旦处于稳压状态 (无负载时)，LTC3388-1/-3 将进入睡眠模式，以最大限度地降低静态电流，使其达到仅为 720nA。然后，该降压型稳压器按需接通和断开，以保持输出稳定。当输出在持续时间很短的负载 (例如：无线调制解调器，这类负载要求低纹波) 情况下处于稳定状态时，另一种备用模式禁止执行开关切换。这种高效率、低静态电流设计非常适合于能量收集，此类应用需要长充电周期，同时以短突发负载为传感器和无线调制解调器供电。

电池常常用作 WSN 中的辅助备用电源；然而，怎样利用低功率电源对其进行充电的设计难题却并不非微不足道！凌力尔特的 LTC4071 是一款并联电池充电器系统，其拥有集成型电池组保护和一种低电