能量收集意味着什么？

　　能量收集系统的终端往往是毫微功率转换的需求。大多数情况下，会采用环境能源作为主电源，而用主电池补充环境能源，如果环境能源消失或受到干扰，就可以接通主电池。

　　能量收集 WSN

　　我们周围有丰富的环境能源，传统的能量收集方法一直采用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多种环境能源产生电能。此外，重要的不是电路的能量转换效率，而是“平均收集到”可用来给电路供电的能量之多少。例如，热电发生器将热 (或冷) 转换成电，压电组件转换机械振动，光伏组件转换太阳光 (或任何光源)，通过化学作用产生电流的组件转换潮气为能量。这使得有可能给远程传感器供电，或者给电容器、薄膜电池等存储器件供电，这样就能给地处偏僻的微处理器或发送器供电，而无需本地电源。

　　一般而言，在非传统能源市场使用的 IC 必须具备的性能特点如下：

　　● 很小的备用静态电流：一般情况下低于6µA，最低可低至 450nA。

　　● 很低的启动电压：低至 20mV。

　　● 很强的输入电压能力：高达 34V 连续电压和 40V 瞬态电压。

　　● 能够处理 AC 输入。

　　● 多输出能力和自主的系统电源管理。

　　● 自动极性工作。

　　● 面向太阳能输入的最大功率点控制 (MPPC)。

　　● 能够从低至1℃的温度变化中收集能量。

　　● 外部组件最少和占板面积紧凑的解决方案。

　　WSN(无线传感网)基本上是自含式系统，由某种换能器组成，以将环境能源转换成电信号，其后通常跟随的是 DC/DC 转换器和管理器，以用合适的电压和电流给下游电子组件供电。下游电子组件通常由微控制器、传感器和收发器组成。

　　在尝试实现 WSN 时，一个需要考虑的问题是：需要多少功率才能使该 WSN 运行? 理论上，这个问题似乎相当简单;然而，现实情况是，由于一些因素使这问题有点难以回答。例如，获取读数的频度有多高?或者，更重要的是，数据包会有多大?数据需要传送多远?这是因为，就获取一次传感器读数而言，收发器大约消耗系统所用能量的 50%。有几种因素会影响 WSN 能量收集系统的功耗特性。参见表 1。

　　当然，能量收集能源提供的能量取决于该能源能存在多长时间。因此，比较能量收集能源的主要衡量标准是功率密度，而不是能量密度。收集能量时一般会遇到很小、可变和不可预测的可用功率，因此常常采用混合结构，即连接收集器和辅助电力储存库的结构。收集器由于能量供应无限 (但功率不足) 而成为系统的能源。辅助电力储存库 (或者是电池或者是电容器) 能产生更高的输出功率，但是存储的能量较少，从而在需要时供电，否则定期接收来自收集器的电荷。因此，在没有环境能源可供收集能量的情况下，必须用辅助电力储存库给 WSN 供电。当然，从系统设计师的角度看，这进一步增大了复杂程度，因为他们必须考虑，辅助电力储存库必须存储多少能量才能补偿环境能源的不足。而仅是需要储存多少能量这个问题，就取决于几种因素，包括：

　　● 在多长时间内没有环境能源可用;

　　● WSN 的占空比 (即必须读取和传输数据的频度);

　　● 辅助存储库 (电容器、超级电容器或电池) 的大小和类型;

　　● 是否有足够的环境能源可用，既能充当主能源，又有充足的能量余留下来，以当主电源在一段时间内不可用时，给辅助存储库充电。

　　环境能源包括光、热量差、振动波束、所发送的 RF 信号或者其他任何能够通过换能器产生电荷的能源。表 2 说明了不同能源能够产生之能量的多少。

　　在很多应用中，这样的功率值对系统部署都是有意义的。例如，汽车调光窗、桥梁监视器、楼宇自动化、电量计、气体传感器、健康监视器、HVAC 控制、电灯开关、远程管道监视器、水表。

　　毫微功率 IC 解决方案

　　显然，WSN 只有非常少的能量可用。这又意味着，系统中所用组件必须能够应对这么低的功率水平。尽管收发器和微控制器已经解决了这个问题，但是在电源转换方面，仍然存在空白。不过，专门为了满足这种需求，凌力尔特推出了 LTC3330。

　　LTC3330 是一款完整的可调节能量收集解决方案，在可收集能量可用时，提供高达 125mA 的连续输出电流，以延长电池寿命。当用收集的能量向负载提供稳定功率时，该器件无需电池提供电源电流，而在无负载情况下用电池供电时，仅吸取 750nA 电流。LTC3330 集成了一个高压能量收集电源，当用主电池供电时，还有一个同步降压-升压型DC/DC 转换器，这样就可为能量收集应用提供一个不间断的输出，例如无线传感器网络中那些能量收集应用。