微型溫差電池的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)自供電系統設計

　　2.2.1最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)功能電路設計

　　最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)是一種最大化利用發(fā)電器所產(chǎn)生電能的技術(shù)。本文通過(guò)一定的電氣模塊調節微型溫差發(fā)電器的溫差芯片的輸出電壓，從而實(shí)現溫差發(fā)電器輸出功率的最大化。根據已知的微型溫差發(fā)電器的輸出特性曲線(xiàn)，當輸出的電壓大約等于開(kāi)路電壓的50%時(shí)可以得到最大的輸出功率。從TEG提取最大功率的技術(shù)主要是動(dòng)態(tài)改變DC/DC轉換器開(kāi)關(guān)頻率，本文根據這一特性利用BQ25504采用了電阻比例分壓法實(shí)現了輸出電壓為開(kāi)路電壓的一半，進(jìn)而實(shí)現了輸出功率的最大化。

　　如圖3所示，為了實(shí)現MPPT功能，在引腳2(VIN_DC)和引腳3(VOC_SAMP)分別接電阻OC2和電阻OC1.引腳2通過(guò)OC2接引腳3，引腳3通過(guò)OC1接地，具體如電路原理圖所示。

　　然后按照以下的方式確定ROC1和ROC2的阻值：

　　VIN_DC是電壓輸出端，通過(guò)ROC1和ROC2的分壓作用，使得VOC_SAMP處的電壓為：

　　又因為T(mén)EG輸出的電壓大約等于開(kāi)路電壓的50%時(shí)可以得到最大的輸出功率，因此ROC1/(ROC1+ROC2)的值應為1/2，因此ROC1= ROC2，在電路設計實(shí)際中，本文選擇了10MΩ作為其阻值，因此ROC1 =ROC2 =10MΩ。

　　BQ25504芯片每16s采樣一次VOC_SAMP的電壓值，可以保證在溫差發(fā)電器的輸出功率發(fā)生變化的情況下，在較短的時(shí)間內可以準確跟蹤到微型溫差發(fā)電器輸出功率的最大點(diǎn)，實(shí)現最有效的電能采集。

　　2.2.2 DC-DC超低電壓升壓功能電路設計

　　BQ25504的另一個(gè)最重要的功能就是可以實(shí)現在穩定工作時(shí)從低至80mV的電壓持續汲取能量，這對于微型溫差發(fā)電器十分重要。BQ25504的充電電路是集成在芯片內部的DC-DC升壓模塊構成。內部升壓模塊是通過(guò)脈沖頻率調制將輸入電壓調節到芯片的能量存儲設備需要的電壓。為了實(shí)現保護電能存儲(儲能電容器)設備的長(cháng)壽命高效率工作，本文結合BQ25504為充電電路設定了欠壓閾值(UV)，充電完成閾值(VBAT_OK)，過(guò)壓閾值(OV)，欠壓和過(guò)壓閾值的設定分別用于避免儲能電容器儲能設備過(guò)度放電和過(guò)度充電，盡可能延長(cháng)儲能電容器的工作使用壽命。VBAT_OK的設定用于控制充放電過(guò)程，進(jìn)而控制整個(gè)電路的工作流程。

　　在本文中，結合充電電路的實(shí)際情況，本文設定，VBAT_OV=3.5V，VBAT_UV=2.8V，VBAT_OK=3V，VBAT_OK_HYST=3.2V.

　　然后依照以下的公式確定外圍電阻的阻值：

　　在電路中，VBIAS是芯片BQ25504的內部參考電壓，其值為1.240V，并且在電路設計中本文約定RUV1+RUV2=10MΩ，ROV1+ROV2=10MΩ，ROK1+ROK2+ROK3=10MΩ;結合方程(2)，(3)，(4)，(5)，本文得到：

　　RUV1=4.43M;RUV2=5.57M;

　　ROV1=5.31M;ROV2=4.69M;

　　ROK1=3.875M;ROK2=5.5M;ROK3=625K;

　　2.2.3 DC-DC超低電壓升壓功能電路設計

　　本文設計的能量緩沖器電路是在BQ25504芯片的輸出位置通過(guò)一個(gè)二極管D1接入一個(gè)儲能電容器。通過(guò)儲能電容器的應用，本文可以實(shí)現在溫差能充足時(shí)，DC-DC轉換過(guò)后的能量不僅能夠供給無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)使用，而且多余的能量可以存儲在儲能電容器中，實(shí)現能量的最大節約;溫差發(fā)電器采集到的電量不足的時(shí)候儲能電容器可以暫時(shí)充當能量源的角色，保證后面的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)有效的工作，并且由于二極管D1的存在避免了儲能電容器反向給溫差發(fā)電器充電的情況。