一种无线传感器的能量收集的实现

　　对于那些可提供较高温度差(即较高的输入电压)的应用，可以采用一个匝数比较低(例如：1:50或1:20)的变压器以提供较高的输出电流能力。作为经验法则，假如最小输入电压在加载时至少为50mV，则建议采用1:50的匝数比。倘若最小输入电压至少为150mV，那么就建议使用1:20的匝数比。文中讨论的所有匝数比在市面上均有现成可售的Coilcraft器件(包括特定器件型号在内的更多信息请查阅LTC3108的产品手册)。图12中的曲线示出了在采用两种不同的变压器升压比及两种不同尺寸的TEG时，LTC3108在某一温度差范围内的输出功率能力。

　　图12：对于两种TEG尺寸及两种变压器匝数比的LTC3108输出功率

　　与T的关系曲线(VOUT=5V)

　　9 脉冲负载应用

　　由TEG供电的典型无线传感器应用如图13所示。在这个例子中，TEG上至少有2°C的温差可用，因此选择1:50的变压器升压比，以在2°C至10°CΔT的范围内实现最高的输出功率。当采用图示的TEG(边长40mm的方形器件，具有1.25Ω的电阻)时，该电路能够依靠低至2°C的温差启动并对VOUT电容器进行充电。请注意，在转换器的输入端上跨接了一个大容量的去耦电容器。在输入电压与TEG之间提供良好的去耦可最大限度地减小输入纹波、提升输出功率能力并在尽可能低的ΔT条件下启动。

　　图13：由一个TEG来供电的无线传感器应用

　　在图13所示的例子中，2.2VLDO输出负责给微处理器供电，而VOUT利用VS1和VS2引脚设置为3.3V，以给RF发送器供电。开关VOUT(VOUT2)由微处理器控制，以仅在需要时给3.3V传感器供电。当VOUT达到其稳定值的93%时，PGOOD输出将向微处理器发出指示信号。为了在输入电压不存在时保持运作，在后台从VSTORE引脚给0.1F存储电容器充电。这个电容器可以一路充电至高达VAUX并联稳压器的5.25V箝位电压。如果失去了输入电压电源，那么就自动地由存储电容器提供能量，以给该IC供电，并保持VLDO和VOUT的稳定。

　　在本例中，根据下面的公式来确定COUT存储电容器的大小，以在10ms的持续时间内支持15mA的总负载脉冲，从而在负载脉冲期间允许VOUT有0.33V的下降。请注意，IPULSE包括VLDO和VOUT2以及VOUT上的负载，但可用的充电电流未包括在内，因为与负载相比，它可能非常小。

　　COUT(μF)=IPULSE(mA)tPULSE(ms)/dVOUT

　　考虑到这些要求，COUT至少须为454μF，因此选择了一个470μF的电容器。

　　采用所示的TEG，在ΔT为5°C时工作，那么LTC3108在3.3V时可提供的平均充电电流约为560μA。利用这些数据，我们可以计算出，首次给VOUT存储电容器充电需要花多长时间，以及该电路能以多大的频度发送脉冲。假定在充电阶段中VLDO和VOUT上的负载非常小(相对于560μA)，那么VOUT最初的充电时间为：

　　tCHARGE=470μF3.3V/560μA=2.77s

　　假定发送脉冲之间的负载电流非常小，那么一种简单估计最大容许发送速率的方法是用可从LTC3108获得的平均输出功率(在本例情况下为3.3V560μA=1.85mW)除以脉冲期间所需的功率(在本例情况下为3.3V15mA=49.5mW)。收集器能够支持的最大占空比为1.85mW/49.5mW=0.037或3.7%。因此最大脉冲发送速率为0.01/0.037=0.27s或约为3.7Hz。

　　请注意，如果平均负载电流(如发送速率所决定的那样)是收集器所能支持的最大电流，那么将没有剩余的收集能量用于给存储电容器充电(如果需要存储能力的话)。因此，在这个例子中，发送速率设定为2Hz，从而留出几乎一半的可用能量给存储电容器充电。在该场合中，VSTORE电容器提供的存储时间利用以下公式来计算：

　　tSTORE=0.1F(5.25V-3.3V)/(6μA+15mA0.01/0.5)=637s

　　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小。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