壓電式器件簡化振動(dòng)能量收集原理

圖 2 中示出的電路采用了一個(gè)小型壓電換能器，用于將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為一個(gè)AC 電壓電源，以饋入LTC3588-1的內(nèi)部橋式整流器。它能夠收集小的振動(dòng)能源并生成系統(tǒng)電源，而沒有使用傳統(tǒng)的電池電源。

LTC3588-1是一款超低靜態(tài)電流電源，專為能量收集和/或低電流降壓應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該器件可直接連接至一個(gè)壓電電源或AC電源，對(duì)電壓波形進(jìn)行校正并將收集的能量存儲(chǔ)在一個(gè)外部電容器上，通過一個(gè)內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器泄放任何多余的功率并借助一個(gè)毫微功率高效降壓型穩(wěn)壓器來保持一個(gè)已調(diào)輸出電壓。

LTC3588-1的內(nèi)部全波橋式整流器可通過兩個(gè)差分輸入來使用，即負(fù)責(zé)對(duì)AC輸入進(jìn)行整流的PZ1和PZ2。該整流輸出隨后被存儲(chǔ)在位于 VIN引腳上的一個(gè)電容器上，并可用作降壓型轉(zhuǎn)換器的能量儲(chǔ)存器。低損耗橋式整流器具有一個(gè)約400mV的總壓降和典型壓電生成電流 (一般在10μA左右)。該電橋能夠傳輸高達(dá)50mA的電流。當(dāng)VIN引腳上擁有足夠的電壓時(shí)，降壓型轉(zhuǎn)換器將被使能以產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)壓輸出。

降壓型穩(wěn)壓器采用了一種遲滯電壓算法，以通過來自VOUT檢測引腳的內(nèi)部反饋對(duì)輸出加以控制。降壓型轉(zhuǎn)換器通過一個(gè)電感器將一個(gè)輸出電容器充電至一個(gè)略高于調(diào)節(jié)點(diǎn)的數(shù)值。它通過利用一個(gè)內(nèi)部PMOS開關(guān)使電感器電流斜坡上升至260mA、并隨后利用一個(gè)內(nèi)部NMOS開關(guān)使電感器電流斜坡下降至零以完成該任務(wù)，從而有效地將能量輸送至輸出電容器。其提供穩(wěn)壓輸出的遲滯方法降低了因FET開關(guān)操作所引起的損耗，并在輕負(fù)載條件下保持了一個(gè)輸出。降壓型轉(zhuǎn)換器在其執(zhí)行開關(guān)操作時(shí)提供了一個(gè)最小100mA的平均負(fù)載電流。

本文小結(jié)

由于擁有模擬開關(guān)模式電源設(shè)計(jì)專長的人員在全球都處于短缺狀態(tài)，因此要想設(shè)計(jì)出如圖1所示的高效能量收集系統(tǒng)一直是很困難的事。不過，隨著具集成低損耗全波橋式整流器的壓電式能量收集電源LTC3588-1的推出，這種狀況即將發(fā)生改變。這款革命性器件能夠從幾乎所有的機(jī)械振動(dòng)源或應(yīng)變源吸取能量。此外，憑借其全面的功能組合以及設(shè)計(jì)的簡易性，該器件還極大地簡化了能量收集鏈中難以完成的功率轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)師而言這是個(gè)好消息，因?yàn)檫@些“有效振動(dòng)”可用于為其能量收集系統(tǒng)供電，而無須費(fèi)盡心機(jī)地去應(yīng)付傳統(tǒng)的配置難題。