采用超低电压转换器改善从热电能源的能量收集

　　LTC3109采用这些升压变压器和内部MOSFET形成了一个谐振振荡器，该振荡器能够采用非常低的输入电压运作。利用一个1：100的变压器匝数比，此转换器能依靠低至30mV的输入实现启动，这与输入的极性无关。变压器副端绕组负责为一个充电泵和整流器电路馈电，这用于给IC供电（通过VAUX引脚）及对输出电容器进行充电。2.2V LDO输出被设计为首先处于调节状态，以尽快地为一个低功率微处理器供电。之后，主输出电容器被充电至由VS1和VS2引脚设置的电压（2.35V、 3.3V、4.1V或5.0V），以给传感器、模拟电路、RF收发器供电，甚至给一个超级电容器或电池充电。当无线传感器处于运行状态并发送信号时，VOUT存储电容器将提供低占空比负载脉冲期间所需的突发能量。另外，还提供了一个可由主机轻松控制的开关输出（VOUT2），用于为那些没有停机或低功率睡眠模式的电路供电。该器件内置了一个电源良好输出，用以向主机发出“主输出电压接近其稳定值”的提示信号。图2示出了LTC3109的电路原理图。

　　图2：针对单极输出操作的LTC3109原理图

　　热电发生器

　　热电发生器其实就是热电模块，它利用塞贝克（Seebeck）效应将设备上的温度差（以及由于温度差所导致流过设备的热量）转换为电压。这一现象的逆过程（被称为帕尔帖［Peltier］效应）则是通过施加电压而产生温差，并为热电冷却器（TEC）所惯用。输出电压的极性取决于TEG两端温度差的极性。如果TEG的热端和冷端掉换过来，那么输出电压就将改变极性。

　　TEG由采用电串联连接并夹在两块导热陶瓷板之间的N型掺杂和P型掺杂半导体芯片对或偶所构成。最常用的半导体材料是碲化铋（Bi2Te3）。图3示出了TEG的机械构造。

　　图3：TEG的典型机械构造

　　对于一个给定的ΔT （与塞贝克系数成比例），TEG将产生多大的电压受控于诸多的变量。其输出电压为每K温差10mV至50mV （取决于电偶的数目），并具有大约0.5Ω至5Ω的源电阻。一般而言，对于给定的ΔT，TEG所拥有的串联电偶越多，其输出电压就越高。然而，增加电偶的数目也会增加TEG的串联电阻，从而导致在加载时产生较大的电压降。制造商可以通过调整个别半导体芯片的尺寸和设计对此进行补偿，以在保持低电阻的同时仍然提供较高的输出电压。TEG的热阻则是在选择TEG以及使其与散热器匹配时所需考虑的另一个因素。

　　结论

　　凭借其可在低至±30mV的输入电压下运作之独特能力，LTC3109提供了一款简单和高效的电源管理解决方案，其实现的热能收集可用于从常见的热电器件来给无线传感器和其他的低功率应用供电。该产品采用20引脚QFN封装或SSOP封装，可提供前所未有的低电压能力和很高的集成度，以最大限度地缩减解决方案的占板面积。LTC3109可与现有的低功率构件无缝连接，以支持自主型无线传感器并延长关键型电池后备应用中的电池寿命。