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智能型电源管理实现无线传感器的有效能量收集测量和掌握所需的超低功率无线传感器节点的激增，再加上新型能量收集技术的运用，使得由局部环境能量而非电池供电的全自主型系统成为可能利用环境或“”能量来为无线传感器节点供电是富有吸引力的，由于它能够对电池或导线供电供应补充、甚至完全无需使用电池或供电导线当更换或检修电池存在不便、费用昂贵或危急之时，这明显是一大优势 而且，完全取消供电导线还使大规模扩展监视与掌握系统变得轻而易举能量收集无线传感器系统简化了众多领域中的安装和维护工作，例如：楼宇自动化、无线/自动化仪表计量和前瞻性维护，以及诸多其他的工业、军事、汽车和消费类应用 能量收集的好处是显而易见的，不过，有效的能量收集系统需要使用智能型的电源管理方案，以把微弱的能量转换为一种无线传感器系统可以使用的形式 1 归根究竟是占空比的问题 很多无线传感器系统的平均功率消耗特别之低，从而使其成为可利用能量收集技术进行供电的主要候选对象许多传感器节点用于监视缓慢变化的物理量所以可以不常常进行测量，也不需要常常发送测量数据，因此传感器节点是以特别低的占空比工作的相应地，平均功率需求也很低。

例如：若一个传感器系统处于唤醒状态时的需要3.3V/30mA（100mW）的功率，但在每秒时间里只运行10ms，那么其所需的平均功率仅为1mW，假定在传送突发的间隔期间不工作时，传感器系统电流降至数μA如果这个无线传感器只是每分钟（而不是每秒钟）进行采样和传送，则平均功率将骤降至20μW以下由于大多数形式的能量收集均供应特别小的稳态功率（通常只有几mW，有时甚至仅几μW），因此这种功率需求量的差异是很重要的应用所需的平均功率越低，就越有可能采纳收集能量来供电 2　能量收集源 可供收集的常见能量源是振动（或运动）、光和热用于全部这些能量源的换能器都具有以下的共同特性： a 它们的电输出未经稳压且不适合直接用于给电子电路供电 b 它们可能无法供应一个连续和不间断的电源 c 它们往往只产生特别低的平均输出功率（通常在10μW至10mW） 假如想把此类能量源用于给无线传感器或其他电子线路供电，就必需针对上述特性进行明智而审慎的电源管理 3 电源管理：迄今为止在能量收集中仍旧缺失的一环 由收集能量供电的典型无线传感器系统可分解为5个基本构件，如图1所示。

除了电源管理构件之外，全部这些构件成都已经用了有一段时间比如：运行功率仅数μW的微处理器以及功耗同样特别之低、具成本效益的小型射频（RF）发送器和收发器已被广泛使用低功率的模拟和数字传感器也是无处不在 在实现这种能量收集系统链路时，缺失的一环始终是可以靠一个或多个常见能源工作的功率转换器/电源管理构件能量收集的抱负电源管理解决方案应具有小巧和易用的特点，在依靠由常见的能量收集源产生的特别高或低电压工作时良好地运行，并在抱负的状况下供应与源阻抗的上佳负载匹配以实现的功率传输电源管理器本身在管理累积能量时所需消耗的电流必需特别小，且应在使用极少分立组件的状况下产生稳定的输出电压 采纳3mmx4mmx0.75mm12引脚DFN封装或16引脚SSOP封装的LTC3108解决了超低输入电压应用的能量收集问题该器件供应了一款紧凑、简洁和高度集成的单片式电源管理解决方案，能在输入电压低至20mV的状况下正常运作凭借这种独特的力量，LTC3108可利用一个热电发生器（TEG）来为无线传感器供电，并从小至1°C的温度差（ΔT）收集能量采纳一个现成有售的小型（6mmx6mm）升压变压器和少量的低成本电容器，该器件即可供应用于给当今的无线传感器电子线路供电所需的稳定输出电压。

LTC3108采纳一个小的升压型变压器和一个内部MOSFET形成一个谐振振荡器，可依靠特别低的输入电压来工作变压器的升压比为1:100时，该转换器能以低至20mV的输入电压启动变压器的副端绕组向充电泵和整流器电路馈送电压，此电压随后用于给该IC供电（通过VAUX引脚），并给输出电容器充电2.2VLDO的输出设计成首先进入稳定状态，以尽快给一个低功率微处理器供电然后，将主输出电容器充电至由VS1和VS2引脚设置的电压（2.35V、3.3V、4.1V或5.0V），用于给传感器、模拟电路、RF收发器供电，甚至给超级电容器或电池充电当无线传感器工作并发送数据因而消失低占空比负载脉冲时，VOUT存储电容器供应所需的突发能量另外还供应了一个可由主机轻松加以掌握的开关输出（VOUT2），以给不具备停机或低功率睡眠模式的电路供电该器件具有一个电源良好输出，用于在主输出电压接近其稳定值时向主机发出警示信号图2示出了LTC3108的方框图LTC3108-1版本的器件除了供应一组不同的可选输出电压（2.5V、3.0V、3.7V或4.5V）以外，其他则与LTC3108完全相同 图2：LTC3108的方框图 一旦VOUT充电并进入稳定状态，那么所收集的电流就被导向VSTORE引脚，以给一个可任选的大型存储电容器或可再充电电池充电。

假如能量收集电源是间歇性的，那么这个存储元件就可用来保持稳压状态并给系统供电上电及断电期间的输出电压排序可见于图3VAUX引脚上的一个并联稳压器可防止VSTORE被充电至5.3V以上 图3：上电及断电期间的电压排序 采纳一个边长40mm的标准方形TEG，LTC3108能依靠低至1°C的ΔT来工作，从而使其适用于众多的能量收集应用在ΔT较高的状况下，LTC3108将能够供应一个较高的平均输出电流 4 热电发生器的基本原理 热电发生器（TEG）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的流过设备的热量）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度差，并为热电冷却器（TEC）所惯用输出电压的极性取决于TEG两端温度差的极性假如TEG的热端和冷端掉换过来，那么输出电压就将转变极性 TEG由采纳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常用的半导体材料是碲化铋（Bi2Te3）图4示出了TEG的机械构造 图4：TEG的构造 有些制造商将TEG与TEC区分开来。

当作为TEG销售时，通常意味着用于装配模块内部电偶的焊料具有较高的熔点，故可在较高的温度和温差条件下工作，因而能够供应高于标准TEC（其温度通常限制在125°C）的输出功率大多数低功率能量收集应用不会遇到高温或高温差的状况 TEG的尺寸和电气规格多种多样大多数常见的模块都是方形的，每边的长度从10mm到50mm不等，厚度一般为2mm~5mm 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10mV/K至50mV/K温差（取决于电偶的数目），并具有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旧供应较高的输出电压 5 负载匹配 为了从任意电压电源吸取可获得的功率，负载电阻必需与电源的内阻相匹配图5中的实例说明白这一点，此处，一个具有100mV开路电压和1Ω或3Ω源电阻的电压电源用于驱动一个负载电阻器图6示出了输送至负载的功率与负载电阻的函数关系。

在每一根曲线中都可以看出：当负载电阻与源电阻匹配时，输送至负载的功率达到不过，当源电阻低于负载电阻时，输送的功率或许并非可能的值，而是比一个较高的源电阻驱动一个匹配负载时（本例中为0.8mW）更高（本例中为1.9mW），留意到这一点同样很重要选择具有电阻的TEG可供应输出功率的缘由即在于此 图5：电压电源驱动阻性负载的简化原理图 图6：电源的输出功率与负载电阻的函数关系 LTC3108给输入电源供应了一个约2.5Ω的输入电阻请留意：这是转换器而不是IC本身的输入电阻这处于大多数TEG源电阻范围的中间，从而为实现近乎的功率传输供应了优良的负载匹配LTC3108的设计是：当VIN下降时，输入电阻增大（如图7所示）该特性令LTC3108能够很好地适应具有不同源电阻的TEG 图7：LTC3108的输入电阻与VIN的关系曲线（采纳1:100匝数比） 由于转换器的输入电阻相当低，因此无论负载大小如何它都将从电源汲取电流以图8所示为例：当采纳一个100mV输入时，转换器从电源汲取约37mA的电流不行把该输入电流误当作IC本身所需的为其内部电路供电的6μA静态电流（取自VAUX）。

当在极低电压条件下启动或依靠一个存储电容器来工作时，低静态电流的意义为重大 图8：LTC3108的输入电流与VIN的关系曲线（采纳1:100匝数比） 6 选择用于发电的TEG 大多数热电模块制造商均未供应有关输出电压或输出功率与温差之间关系的数据，而这恰恰是热能收集器设计人员所盼望了解的始终供应的两个参数是VMAX和IMAX，即某个特定模块的工作电压和工作电流（当在某种加热/冷却应用中处于驱动状态时） 在选择针对发电用途的热电模块时，上佳的阅历法则是在给定的尺寸下选择具有（VMAX°IMAX）乘积的模块这通常将供应的TEG输出电压和的源电阻对此阅历法则有一条附加说明，这就是散热器的尺寸必需依据TEG的尺寸来确定较大的TEG需要大一些的散热器来实现的性能需要留意的是，制造商假如供应了电阻参数的话，那么指的是AC电阻，这是由于它无法使用DC电流以传统的方式来测量（DC电流会引发Seebeck电压，从而产生错误的电阻读数）图9是一幅曲线图，给出了采纳13种不同的TEG时（固定ΔT=5°C）LTC3108的功率输出与每个模块的（VMAX°IMAX）乘积的关系曲线。

由图可见，当VI乘积较高时，LTC3108供应的输出功率通常也较高 图9：LTC3108输出功率与具有不同V和I乘积的TEG关系曲线 图10示出了一个边长30mm的方形TEG在1°C至20°C的ΔT范围内输出电压及输出功率力量在该ΔT范围内，输出功率从几百μW到几十mW不等需要指出的是：该功率曲线是在假设拥有抱负的负载匹配且无转换损耗的状况下得出的在利用LTC3108提升至一个较高电压之后可获得的输出功率将由于功率转换损耗的缘由而低于图中示出的数值LTC3108的产品手册中给出了几幅在多种不同工作条件下可供应输出功率的曲线图 图10：典型TEG的开路电压及功率输出 就给定应用而言，所需要的TEG尺寸取决于可用的ΔT、负载所需的平均功率、以及用于将TEG的一端保持于环境温度的散热器的热阻LTC3108的功率输出位于15°W/K-cm2至30°W/K-cm2之间，详细数值取决于所选择的变压器匝数比和特定的TEG表1排列了一些推举使用的TEG器件型号 表1:推举使用的TEG器件 7 需要考虑的热量问题 当把一个TEG置于两个处于不同温度的面之间时，在加入TEG之前的“开路”温差高于TEG放置到位时其上的温差。

这是由于TEG本身在其陶瓷板之间。