可穿戴、可扩展和可用的智能型医疗解决方案

近其放电曲线的低端时。

作为一种电源的能量收集

最近，在能量收集领域涌现了大量的创新成果；特别是采用人类自身的体热作为给电子监测系统供电或对为这些系统供电的电池进行再充电的一种潜在能量源。这类技术进步实现了医疗电子组件尺寸和形状的改变，以适应毫瓦和 / 或微瓦功率范围。这意味着许多复杂的电子系统和装置 (例如：可穿戴式医疗和自主设备) 如今的功率消耗可大约低于 250µW。

而且，功率级别处在数µW至数百mW范围内的无线传感器网络通常采用电池电源工作。不过，由于电池电源内在局限性 (例如：电荷的贮存寿命，以及适用情况下进行定期再充电的需要) 的原因，采用热量或振动等环境能量源来完成"可再充电"电池定期再充电的可能性已经展现在世人面前。现在，该是介绍的时候了。

凌力尔特制造能量收集 IC 几乎已有 10 年的时间；推出的首款产品是 2009 年 12 月面市的 LTC3108。LTC3108 是一款超低电压 DC/DC 转换器和电源管理器，专为收集和分配剩余能量而特别设计，可从热源产生极低的电压。这可以是从"热"到"更热"或从"冷"到"更冷"，因为唯一需要的是 1°C或更大的温度梯度。

然而，更近期推出的产品是 LTC3107，它是一款高度集成的 DC/DC 转换器，专为通过收集和管理来自 TEG (热电发生器) 和热电堆等极低输入电压电源的剩余能量来延长低功率无线系统中的主电池之寿命而设计。

采用 LTC3107 后，一个负载点能量收集器只占用极小的空间，只要能够容纳 LTC3107 的 3mm x 3mm DFN 封装和几个外部组件即可。通过产生一个跟踪现有主电池之电压的输出电压，可无缝地采用LTC3107 以把免费热能收集的成本节约带到新的和现有的电池供电型设计中。此外，LTC3107 还能与一个小的热能量源一起延长电池寿命 (在有些场合中可长达电池的保质期)，从而降低与电池更换有关且重复发生的维护成本。LTC3107 专为增强电池或甚至完全为负载供电而设计，这取决于负载情况和可用的收集能量。图 1 示出了 LTC3107 能怎样容易地收集热能以为无线传感器节点 (WSN) 供电，并在环境能量源不可用时无缝地切换至电池电源。

图 1：LTC3107 收集热能以为一个 WSN 供电和 / 或给一个电池充电

此外，LTC3331 是一款多功能环境能量收集器，其形成了完整的能量收集调节解决方案，当可收集能量可用时，提供高达 50mA 的连续输出电流以延长电池寿命，见图 2。当用收集的能量向负载提供稳定功率时，该器件不需要电池提供电源电流，而在无负载情况下用电池供电时，仅需要950nA 的工作电流。LTC3331 集成了一个高电压能量收集电源和一个同步降压-升压型DC/DC 转换器 (该转换器由可再充电主电池供电)，以为WSN和物联网 (IoT) 设备等能量收集应用提供一个不间断输出。

图 2：LTC3331 可转换多种能量源，并能使用一个可再充电的主电池

LTC3331 的能量收集电源由一个适合 AC 或 DC 输入的全波桥式整流器和一个高效率同步降压型转换器组成，从压电 (AC)、太阳能 (DC) 或磁性组件 (AC)能源收集能量。一个 10mA 分路器用收集的能量实现简便的电池充电，而低电量电池断接功能则保护电池免于深度放电。可再充电电池给一个同步降压-升压型转换器供电，该转换器在 1.8V 至 5.5V 的输入范围内工作，当收集的能量不可用时用来调节输出，而不管输入高于、低于或等于输出。在应对微功率电源时，LTC3331 电池充电器拥有非常重要且不可忽视的电源管理功能。LTC3331纳入了对电池充电器的逻辑控制功能，以便仅在能量收集电源有多余的能量时才给电池充电。如果没有这种逻辑控制功能，能量收集电源就会在启动时卡在某个非最佳的工作点上，不能完成启动，无法给目标应用供电。当收集的能源不再可用时，LTC3331 自动地转换到电池。这带来了一个额外的好处，即：如果适合的能量收集电源至少在一半的时间内可用，就允许电池供电的 WSN将其工作寿命从 10 年延长至超过 20年，假如环境能量源更加普遍存在，那么寿命甚至更长。

结论

智能型医疗可穿戴产品市场已蓄势待发。在医院病患照护的高成本和呈爆炸性增长的人口老龄化的共同影响下形成推动力。包括使用传感器的医疗保健可穿戴设备在内的这新一波产品可监视关键生物统计信息，例如在医院以外测量心率和血压，这为采用更加积极、健康的生活方式创造了机会。智能可穿戴设备的核心架构取决于产品类型，但基本上由一个微控制器、MEMS 传感器、无线连接电路、电池和支持性电子组件组成。

因此，拥有目前这波能够