專(zhuān)用設備處理高電壓能量收集

能量收集往往涉及權力清除細流從極低能量的環(huán)境來(lái)源。對于這些應用，設計人員集中于電路能夠連轉換最小可用電壓電平到有用功率。與此相反，高能量源要求的一類(lèi)電路能夠有效地處理通過(guò)能量換能器產(chǎn)生的諸如太陽(yáng)能電池板，熱電發(fā)電機和壓電器件的高電壓電平。設計人員可以利用現有的設備從廠(chǎng)家包括凌特，NJR，安森美半導體，ROHM半導體，意法半導體和德州儀器，以及其他實(shí)施有效的高壓能量收集系統。對于低能源的應用，高效的能源采集IC和模塊，如高級線(xiàn)性器件EH4205，凌特LTC3108和德州儀器BQ25570旨在從生產(chǎn)有限的電壓電平轉換器低至20 mV的最多清除功率將6伏特左右。在這些系統的心臟，升壓轉換器把低電壓高達有用的水平供電電路和超級電容器充電和電池。高能量的來(lái)源和它們各自的換能器產(chǎn)生的輸出電壓電平容易超過(guò)這些低壓器件的最大輸入范圍。例如，太陽(yáng)能電池板等菲尼克斯電氣2885456模塊生產(chǎn)近18 V輸出。驅動(dòng)下在工業(yè)應用和其它高能量環(huán)境中的高振幅振動(dòng)，壓電裝置可以實(shí)現輸出電平在幾十伏。同樣地，熱電發(fā)生器可以產(chǎn)生類(lèi)似的電壓輸出電平，當一個(gè)TEG的兩側之間存在足夠大的溫度差，雖然達到該溫度差充其量是一個(gè)困難的任務(wù)。寬VIN轉換器通常情況下，能量收集設計儲存多余的電力收獲超出了直接由負載使用。對于高能量源，設計者將使用降壓轉換器，以換能器的輸出電壓降壓為適于供電電路和充電電池或其它能量?jì)Υ嫜b置的水平。對于這些應用，固有能量采集的波動(dòng)決定的DC / DC轉換器的寬VIN范圍。例如，ROHM半導體BD9G341EFJ提供12 V的VIN范圍為76 V和德州儀器LM5017提供從7.5 V至100 V延長(cháng)對于要求較低的VIN范圍應用的支持更廣泛VIN范圍，設計師可以轉向降壓/升壓轉換器，如NJR NJM2360或安森美半導體NCP3163，兩者支持的VIN范圍低至2.5 V，但延伸到40 V.專(zhuān)為需要最少的外部元件，這些器件集成了多個(gè)芯片的功能，通常目前提供與過(guò)壓和欠壓保護(圖1)限制。

羅姆半導體BD9G341EFJ圖1：寬VIN轉換器，如制造商ROHM Semiconductor BD9G341EFJ提供額外的電源管理功能，如過(guò)壓，欠壓和電流限制保護。

(ROHM半導體提供)太陽(yáng)能能量采集，尤其是通常需要動(dòng)態(tài)的方法MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤);能量轉換器產(chǎn)生的最大能量時(shí)，他們都保持在他們的功率曲線(xiàn)的MPP。在這種情況下，設計人員可以找到諸如凌力爾特LT8490和意法半導體SPV1020，其中包括專(zhuān)用芯片MPPT塊提供先進(jìn)的動(dòng)態(tài)跟蹤的方法找到MPP(圖2)設備。配備的6 V至80伏的VIN范圍，在Linear的LT8490內部MPPT算法席卷全板電壓低至6 V，找到最大功率點(diǎn)。意法半導體SPV1020，它支持的VIN范圍從6.5 V至40伏，提供了定期修改太陽(yáng)能電池的工作電壓和校正的操作點(diǎn)在芯片上“擾動(dòng)觀(guān)察”MPPT算法如果設備觀(guān)察在相關(guān)聯(lián)的增加從細胞輸出。如果太陽(yáng)能電池的輸出降低時(shí)，該裝置擾亂了工作電壓在相反方向繼續擾亂工作電壓和觀(guān)察功率的改變，直到找到新的MPP。

圖意法半導體SPV1020圖2：閃電能量采集設備，諸如意法半導體SPV1020包括內置旨在優(yōu)化發(fā)電從環(huán)境來(lái)源，例如太陽(yáng)能最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法。 (意法半導體提供)壓電發(fā)電其他高能量的來(lái)源可能需要額外的電路元件，以達到最大的發(fā)電。壓電裝置可以產(chǎn)生正弦輸出從一個(gè)懸臂壓電裝置的背面的往復撓曲產(chǎn)生。在運動(dòng)的很寬的范圍，這些設備可以生成大量的輸出電壓電平。例如，精量LDT0-028K 10mm的偏轉可產(chǎn)生超過(guò)24伏和最大偏轉可產(chǎn)生電壓超過(guò)70V。雖然二極管可以用來(lái)簡(jiǎn)單地夾的壓電器件的AC電壓輸出，專(zhuān)門(mén)電壓輸出控制器提供了一種更有效的方法。例如，凌力爾特LTC3588-2集成了一個(gè)低損耗全波橋式整流器，一個(gè)高效率降壓轉換器，帶隙基準源的，需提供最少的外部組件的完整能量收集解決方案等功能(圖3) 。

用18 V VIN設計，LTC3588-2包括使用輸入保護分流設定為20V。在操作過(guò)程中的過(guò)電壓保護，所采集的能量可以存儲在輸入電容器或輸出電容器。盡管負載電流從名義上講僅限于降壓轉換器可提供什么，工程師可以大小輸出電容為需要支持更大的負載電流要求。

示意圖凌力爾特LTC3588-2圖3：設計能夠從壓電設備等的交流電壓源的能量，凌力爾特LTC3588-2集成了實(shí)現一個(gè)完整的能量采集解決方案所需的全波橋式整流器和其它功能元件最少的外部元件。 (凌力爾特公司提供)這種類(lèi)型的設備的其它變體提供對轉換器的輸出能量存儲更廣泛的支持。例如，線(xiàn)性L(fǎng)TC3330降壓 - 升壓型DC / DC支持從3.0V，VIN至19 V和作為與LTC3588-2，集成了一個(gè)全波橋式整流器，降壓轉換器，并支持一個(gè)完整能量所需的其他功能收獲的解決方案。此外，LTC3330包括一個(gè)單獨的降壓 - 升壓轉換器設計為通過(guò)外部電池驅動(dòng)。無(wú)論是能量收集降壓變換器或電池降壓 - 升壓轉換器可以提供能量到設備的輸出引腳。如果能源的環(huán)境源發(fā)生故障，降壓 - 升壓轉換器吸引了來(lái)自電池的電力;當有足夠的能量收集可用的降壓轉換器工作，減少電流消耗的電池基本上是零。通過(guò)這種方法，設計人員可以利用高壓太陽(yáng)能能量采集，但保證了負載繼續即使接收功率，當太陽(yáng)源變淡。結論相反，產(chǎn)生的功率在低能量的環(huán)境資源，由高能源能量收集可以帶來(lái)更多的挑戰和更多的規定要求進(jìn)行設計的功能和性能。對于這些應用，具有廣泛的VIN范圍，嵌入式MPPT算法或全波整流器專(zhuān)門(mén)的設備可以幫助簡(jiǎn)化設計，同時(shí)最大限度地提高能量轉換。利用現有的專(zhuān)門(mén)芯片，工程師可以實(shí)現能夠有效地將高電壓變送器輸出高能源能源采集設計。