微型溫差電池的無線傳感器節(jié)點(diǎn)自供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　在本文中，BQ25504電源管理芯片主要實(shí)現(xiàn)了從熱能轉(zhuǎn)換模塊中以超低功耗汲取能量。BQ25504是一個(gè)16個(gè)引腳的、3mm*3mm分裝的高效率能量管理芯片，16個(gè)引腳依次逆時(shí)針分布，本文通過合理地應(yīng)用這些引腳的相應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)了微型能量的高效管理。除此之外，該芯片的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是擁有超低的工作啟動(dòng)電壓，這使得它可以在穩(wěn)定工作時(shí)從低至80mv的能量源提取能量，并對(duì)超低電壓進(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換，以便后續(xù)電路進(jìn)行存儲(chǔ)使用。在本文電路中，搭配合適的外圍電路實(shí)現(xiàn)了從超低功率能量源采集電能的最大功率點(diǎn)跟蹤，這對(duì)于微型溫差能量自供給系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用。同時(shí)通過外圍電路設(shè)定過壓和欠壓的電路保護(hù)，保證芯片的穩(wěn)定工作。

　　MIC841N是一個(gè)超低功耗的具有內(nèi)部參考電壓的雙電壓比較器。在本文中通過設(shè)置其電壓比較的上限和下限來驅(qū)動(dòng)后面的線性穩(wěn)壓器。其工作的特點(diǎn)是，通過不斷的檢測(cè)引腳VDD上的電壓，并與引腳LTH和HTH上設(shè)定的工作電壓進(jìn)行比較，從而確定輸出的電壓(即引腳OUT的輸出信號(hào))的高低，進(jìn)而控制穩(wěn)壓器TPS78001的工作狀態(tài)。

　　TPS78001是TI生產(chǎn)的超低功耗穩(wěn)壓器，它可以實(shí)現(xiàn)電路輸出電壓的穩(wěn)壓作用，通過設(shè)置相應(yīng)的外圍電路的電阻參數(shù)，可以使輸出得到一個(gè)穩(wěn)定的電壓，這樣就可以穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)后面的無線傳感器發(fā)射節(jié)點(diǎn)。

　　為了更好的對(duì)圖2設(shè)計(jì)電路進(jìn)行解釋說明，下面對(duì)上述電路圖的各個(gè)模塊包含的芯片和相關(guān)電子元件，以及工作方式和功能進(jìn)行詳細(xì)的描述。

　　圖2中的電路是微型溫差發(fā)電器自供電系統(tǒng)的總體電路圖，根據(jù)實(shí)際電路的作用可將其劃分為三個(gè)電路，在此以電路A、B和C來代替。

　　電路A是以BQ25504芯片為核心的具有MPPT功能的DC-DC升壓變換器電路以及能量存儲(chǔ)電路;電路B是以MIC841N芯片為核心的雙電壓比較器電路;電路C是以TPS78001芯片為核心的穩(wěn)壓器輸出電路。

　　2.2具備MPPT功能的DC-DC升壓轉(zhuǎn)換以及儲(chǔ)能電路設(shè)計(jì)

　　如圖3所示，電路A主要是由電能管理芯片BQ25504及其外圍電路構(gòu)成。

　　首先按照如圖3連接電路A的相關(guān)電子元器件。TEG(Thermoelectric Generator)即是微型溫差發(fā)電器，它輸出的是溫差電轉(zhuǎn)換的裸電壓。電路A的主要功能是MPPT、DC-DC升壓變換，以及能量存儲(chǔ)電路，以下對(duì)如何實(shí)現(xiàn)這三個(gè)功能進(jìn)行詳細(xì)敘述。

　　圖3帶MPPT功能的DC-DC升壓電路和能量存儲(chǔ)電路原理圖