從安全性到工業控制，無線傳感器正在各種應用中使用，因為它們可以通過電池輕松供電。這是個好消息。壞消息是這些電池必須在現場定期更換，這是一個昂貴且笨拙的維護項目。因此，更實用和有效的無線電源解決方案是從環境能源中獲取能量，例如光，熱差，壓電設備，發射的RF信號，或任何其他可通過換能器產生電能的電源。

不幸的是，這些能源產生的電力非常低，包括電壓。更重要的是，它們不穩定（例如，在夜間沒有陽光，沒有太陽能）。因此，要充分利用它們，需要超低功耗升壓轉換器，它可以提供從各種能源產生可用功率所需的必要升壓轉換，以及調節升壓輸出電壓。將能源轉化為有用的電源，凌力爾特公司和德州儀器等制造商已經制造出超低功耗的升壓型DC/DC轉換器，可以產生足夠的電壓和功率來驅動一系列無線傳感器和發射器。

能量收集解決方案

凌力爾特公司發布了各種超低功耗升壓轉換器模塊，用于從壓電和光伏電源到熱電發電機（TEG）的能量收集。它們包括升壓型DC/DC轉換器，如LTC3108/3109和LTC3105。此外，該供應商還準備了一套完整的能量收集解決方案LTC3588-1，該解決方案針對高輸出阻抗能源（如壓電傳感器）進行了優化。

雖然LTC3108的升壓拓撲結構可在低至輸入電壓的情況下工作LTC3105的高效率升壓結構為20 mV，可在低至225 mV的輸入電壓下工作。如下圖1所示，采用SSOP或QFN封裝的LTC3108為使用小型升壓變壓器進行無線傳感和數據采集提供了完整的電源管理解決方案。升壓轉換器的主輸出VOUT經過編程，通過電壓選擇引腳VS1和VS2為發送器或傳感器供電，提供四個穩壓輸出電壓中的一個（表1）。

VS2 VS1 VOUT GND GND 2.35 V GND VAUX 3.3 V VAUX GND 4.1 V VAUX VAUX 5 V

表1：使用選擇引腳VS1和VS2的LTC3108穩壓輸出電壓。

圖1：Linear的LTC3108采用緊湊型升壓變壓器為無線傳感和數據采集應用提供完整的電源管理解決方案。此外，LTC3108還提供低電流，低壓差（LDO）線性穩壓器，提供穩定的2.2 VDC輸出，為低功耗供電處理器或其他低功耗IC。升壓轉換器的電源良好指示燈表示主輸出電壓在穩壓范圍內，存儲電容在輸入電壓源不可用時提供電源。極低靜態電流和高效率設計可確保輸出電容器電容的最快充電時間。升壓變壓器匝數比將決定轉換器啟動時的輸入電壓有多低。使用1：100比率可以產生低至20 mV的啟動電壓。影響性能的其他因素包括變壓器繞組的直流電阻和繞組的電感。較高的直流電阻會導致效率降低。實際上，產品數據表提供了選擇外部無源元件的指導，以使用LTC3108完成升壓DC/DC電源解決方案。

同樣，LTC3105可在225 mV至5 V的極寬輸入范圍內工作，使其適合從高阻抗替代能源（包括光伏電池，熱電發電機（TEG）和燃料電池）獲取能量。升壓轉換器的內部400 mA同步開關可最大限度地提高效率，而其突發模式操作僅提供24μA的靜態電流，從而在所有工作條件下優化轉換器效率。此外，用戶可編程的最大功率點控制器（MPPC）設定點可以最大化從任何電源提取的能量（圖2）。

圖2：升壓型DC/DC轉換器LTC3105的集成式最大功率點控制器（MPPC）支持低壓，高阻抗電源（如光伏電池，熱電發電機）的運行（ TEGs和燃料電池。

LTC3105針對無線傳感器和數據采集應用量身定制，在主輸出電壓為充電時為外部微控制器和傳感器提供輔助6 mA 2.2 VDC LDO。完全充電后，主輸出可提供高達5.25 VDC的電壓，輸出電流高達100 mA。產品數據表顯示，即使輸入電壓大于或等于輸出電壓，LTC3105也可以調節輸出電壓，從而提供進一步的設計靈活性。在關斷模式下，靜態電流進一步降至10μA。

對于那些喜歡完整，優化的高輸出阻抗能量源（如壓電傳感器）的能量收集解決方案，凌力爾特公司提供LTC3588-1，它將低損耗全波橋式整流器與片內高效率降壓轉換器集成在一起（圖3）。根據供應商的說法，具有寬滯后窗口的超低靜態電流欠壓鎖定（UVLO）模式允許電荷累積在輸入電容上，直到降壓轉換器可以有效地將一部分存儲的電荷轉移到輸出。在調節模式下，LTC3588-1進入休眠狀態，其中輸入和輸出靜態電流都很小。降壓轉換器根據需要打開和關閉以維持調節。此外，能量采集電源的四個直流輸出電壓，1.8 V，2.5 V，3.3 V和3.6 V，可通過引腳選擇，最高可達100 mA的連續輸出電流。

圖3：凌力爾特公司的LTC3588-1集成了低損耗全波橋式整流器和高效降壓轉換器，為壓電傳感器等高輸出阻抗能源形成了完整的能量收集解決方案。

提升低功耗

德州儀器（TI）旗下的另一家供應商提供其BQ25504升壓轉換器，專門用于高效采集和管理從各種直流電源（如太陽能電池或TEG）產生的μW至mW的功率。 BQ25504專為無線傳感器網絡等系統而設計，僅需微瓦電源即可開始運行。一旦啟動，升壓轉換器/充電器可以有效地從低壓輸出采集器（如TEG或單/雙單元太陽能電池板）中提取電力。數據手冊建議升壓轉換器可以在輸入電壓VIN低至330 mV的情況下啟動。一旦啟動，它可以繼續從直流電源獲取能量，降至80 mV。為了最佳地將功率傳輸到器件中，BQ25504實現了可編程的最大功率點跟蹤采樣網絡。采用外部電阻對開路電壓采樣（VIN_DC）進行編程，并用外部電容CREF保持，如圖4所示。

圖4：太陽能典型的能量采集電路使用TI超低功耗升壓轉換器BQ25504的電池。

本質上，BQ25504是一款高效的同步升壓轉換器/充電器，具有超低靜態電流要求。其開關穩壓器架構可最大限度地提高效率，同時將啟動和運行功此外，它使用脈沖頻率調制（PFM）技術來保持效率，即使在輕負載條件下也是如此。此外，BQ25504還具有電池保護功能，可充電電池或電容器可用作儲能元件。總之，凌力爾特公司和德州儀器等供應商已開發出超低功耗升壓轉換器，創建能量收集解決方案，以驅動各種無線傳感器，這些傳感器部署在從工廠自動化到遠程站點數據收集的各種應用中。