在全球，我們的周圍存在大量的環(huán)境能源，傳統(tǒng)的能量收集方法已在太陽能板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用。 但是，仍有新型收集工具可從大量環(huán)境來源生成電能。 不僅如此，這其中的重點(diǎn)并不在于電路的能量轉(zhuǎn)換效率，而是更多地在于可為電路供電的“平均收集到的”能量總量。 例如：熱電發(fā)生器可將熱量轉(zhuǎn)換為電力、壓電元件可轉(zhuǎn)換機(jī)械振動能、光伏元件用于轉(zhuǎn)換太陽光能（或任何光子源）、而流電元件則可從濕氣轉(zhuǎn)換出能量。 這就有可能給遠(yuǎn)程傳感器供電，或者對電能存儲器件（例如：電容器或薄膜電池）進(jìn)行充電，這樣微處理器或發(fā)射器無需本地電源即可從遠(yuǎn)處獲得電能。

不過，由于這些能量處在功率譜的“低”端，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSN) 和傳感器中的毫微功率轉(zhuǎn)換變得越來越普遍，需要功率轉(zhuǎn)換 IC 能夠工作非常低的功率和電流水平下。 通常分別是幾十微瓦 (μW) 功率和幾十納安 (nA) 電流。 但是，工作電流低于 1μA 的電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品（包括電池充電器）的供應(yīng)卻是極其有限。

一般地說，要想被上述這些應(yīng)用所接納和采用，電源轉(zhuǎn)換 IC 必需具備的性能特征包括：

低待機(jī)靜態(tài)電流 – 通常小于 6μA，并可低至 450nA

低啟動電壓 – 可低至 20 mV

高輸入電壓能力 – 高達(dá) 34 V（連續(xù)）和 40 V（瞬態(tài)）

能夠處理 AC 輸入

多路輸出能力和自主型系統(tǒng)電源管理

針對太陽能輸入的最大功率點(diǎn)控制最大功率 (MPPC) 功能

解決方案小巧緊湊、外部組件極少

WSN 基本上屬于自足式系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的傳感器會將環(huán)境能量源轉(zhuǎn)換成電信號，隨后通常由 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和管理器向下行電子元件供給合適的電壓和電流。 下行電子元件包括一個微控制器、一個傳感器和一個收發(fā)器。

嘗試實(shí)現(xiàn) WSN 時，要考慮的重要問題是：運(yùn)作它需要多少功率？ 從概念上講，此問題的答案貌似直觀明了；但實(shí)際上，由于存在多種因素，回答此問題頗有幾分難度。 例如，需要多久獲取一次讀數(shù)？ 或者，再考慮兩個更重要的問題：數(shù)據(jù)包會有多大？傳送數(shù)據(jù)包需要多少功率？ 這是由于在系統(tǒng)用于單次傳感器讀數(shù)和數(shù)據(jù)包傳送上所耗的能量中，收發(fā)器的能耗約占 50%。 有若干因素會影響能量收集系統(tǒng)或 WSN 的功耗特性，這些都需要考慮進(jìn)來。

當(dāng)然，由環(huán)境收集源所提供的收集能量取決于電源工作多久。 因此，比較能量回收源的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)是功率密度，而不是能量密度。 能量收集系統(tǒng)的可用功率一般很低、隨時變化且不可預(yù)測，因而通常采用了一種與能量收集器和一個輔助電能儲存器相連的混合結(jié)構(gòu)。 由于能量供應(yīng)無限但功率不足，因此收集器便成了系統(tǒng)的能量源。 輔助電能儲存器（電池或電容器）可產(chǎn)生較高的輸出功率，但儲存的能量較少，它在需要的時候供電，其他情況下則定期接收來自收集器的電荷。 所以，在沒有可供收集電力的環(huán)境能量時，必須采用輔助電能儲存器給 WSN 供電。 當(dāng)然，從系統(tǒng)設(shè)計人員的角度來看，這進(jìn)一步增加了復(fù)雜性，因?yàn)樗麄儸F(xiàn)在不得不考慮：必須在輔助電能儲存器中儲存多少能量，才能補(bǔ)償環(huán)境能量源的不足。

可以明確的是，WSN 可用時，必須使用極低的能量。 反過來，這也意味著系統(tǒng)中所用的元器件必須要能夠處理這些低級別的功率。 雖然一直以來，使用收發(fā)器和微控制器已能夠達(dá)到此要求，但在等式的功率轉(zhuǎn)換和電池充電一側(cè)卻仍然為空。 不過，Linear Technology 專門開發(fā)的 LTC3388-1/-3 和 LTC4071 填補(bǔ)了這些空白。

LTC3388-1/-3 是一款能接受 20V 輸入的同步降壓轉(zhuǎn)換器，可提供高達(dá) 50mA 的連續(xù)輸出電流，采用 3mm x 3mm（或 MSOP10-E）封裝 – 見圖 1。 該器件在 2.7V 至 20V 的輸入電壓范圍內(nèi)工作，因而非常適用于多種能量收集和電池供電型應(yīng)用，包括“持續(xù)運(yùn)作”電路、傳感器和工業(yè)控制電源。

LTC3388-1/-3 運(yùn)用遲滯同步整流方法優(yōu)化了寬負(fù)載電流范圍的效率。 它在 15μA 至 50mA 負(fù)載范圍內(nèi)可提供超過 90% 的效率，且僅需 400nA 的靜態(tài)電流，從而使其能夠在采用電池作為輔助電源的場合延長電池壽命。

LTC3388-1/-3 具有準(zhǔn)確的欠壓閉鎖 (UVLO) 保護(hù)功能，可在輸入電壓降至低于 2.3V 時停用轉(zhuǎn)換器，從而將靜態(tài)電流減小至僅為 400nA。 一旦處于穩(wěn)壓狀態(tài)（無負(fù)載時），LTC3388-1/-3 將進(jìn)入休眠模式，以最大限度地降低靜態(tài)電流至僅為 720nA。 然后，該降壓轉(zhuǎn)換器按需接通和斷開，以保持輸出調(diào)節(jié)狀態(tài)。 當(dāng)輸出處于針對短期負(fù)載（如要求低紋波的無線調(diào)制解調(diào)器負(fù)載）的調(diào)節(jié)狀態(tài)時，還提供附加待機(jī)模式來禁止切換。 這種高效率、低靜態(tài)電流設(shè)計非常適合能量收集應(yīng)用。此類應(yīng)用需要長充電周期，同時以短猝發(fā)負(fù)載為傳感器和無線調(diào)制解調(diào)器供電。

電池常常用作 WSN 中的輔助備用電源；然而，所面臨的設(shè)計難題在于怎樣利用低功耗電源對其進(jìn)行充電，這并不是個簡單的問題。 Linear 的 LTC4071 是一款并聯(lián)電池充電器系統(tǒng)，具有集成型電池組保護(hù)和低電池電量斷開功能，可保護(hù)低容量電池不會因自放電而受損。 它是一款即簡單又復(fù)雜的的充電器和保護(hù)器，適用于鋰離子/鋰聚合物電池。 其超低的 550nA 工作電流使之能夠采用以前不能用的極低電流、間歇或連續(xù)充電來源（如能量收集應(yīng)用提供的來源）來充電。 電池內(nèi)熱調(diào)節(jié)器可降低浮充電壓，以在電池溫度升高時保護(hù)鋰離子/鋰聚合物電池、鈕扣電池或薄膜電池。 LTC4071 采用扁平 8 引腳 2mm x 3mm DFN 封裝，提供的是一款完整和超緊湊的充電器解決方案，只需單個外部電阻器與輸入電壓串聯(lián)。

盡管便攜式應(yīng)用和能量收集系統(tǒng)正常工作時功率級別差異很大（從數(shù)微瓦至 1W 以上），但仍有很多功率轉(zhuǎn)換 IC 可供系統(tǒng)設(shè)計師選擇。 不過，處于功率范圍的較低端，功率低至毫微功耗級別時，選擇就變得有限了。

幸運(yùn)的是，目前已經(jīng)有了可供設(shè)計師選擇的功率轉(zhuǎn)換和電池充電解決方案，其低于 1μA 的靜態(tài)電流可延長低功率傳感器以及新一代 WSN 中持續(xù)運(yùn)作電路的電池壽命。

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