該鏈路中的每個電路模塊迄今都受到一些特殊的限制，從而影響了它們在商業(yè)中的應(yīng)用。低成本和低功率傳感器及微控制器面市已有一段時間，而超低功率收發(fā)器只是到最近才可實現(xiàn)與微控制器的集成(以提供非常低功率的無線連接)。不過，該鏈路中所欠缺的一直是能量收集IC。

[page]現(xiàn)有的能量收集器/管理器模塊實現(xiàn)方案往往采用性能相對較低的分立型結(jié)構(gòu)，通常包括30個或更多的組件。此類設(shè)計具有低轉(zhuǎn)換效率和高靜態(tài)電流。這兩個缺陷均導(dǎo)致需要使用較大和更加昂貴的電池及太陽能電池，因而損害了最終系統(tǒng)的性能。如果不采用這些較大的儲能元件，低轉(zhuǎn)換效率將增加系統(tǒng)上電所需的時間，這反過來又將延長從獲取一個傳感器讀數(shù)至傳輸該數(shù)據(jù)的時間間隔。功率轉(zhuǎn)換電路中的高靜態(tài)電流會嚴(yán)重限制所能收集并輸送至應(yīng)用負(fù)載的“可用”能量。而且，同時實現(xiàn)低靜態(tài)電流運作和高功率轉(zhuǎn)換效率還必需擁有高深的模擬開關(guān)模式電源專門知識——這很少能夠輕易獲得。

“缺失的一環(huán)”一直是能夠采集和管理來自極低功率電源之剩余能量的高集成度DC/DC轉(zhuǎn)換器。

能量收集的個案分析

我們以一個基于能量收集的工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)為例進(jìn)行研究，比如：埋置于偏僻荒野之中的地下輸油管，它需要連續(xù)監(jiān)測其流速、溫度和壓力(沿管道每50米為一段)。每個節(jié)點均具有內(nèi)置于管道壁中的溫度、壓力和流量傳感器。必須每5秒鐘進(jìn)行一次測量并報告測量結(jié)果。由于輸油管線長達(dá)數(shù)百英里，因此鋪設(shè)供電和信息線路將非常昂貴，且必須提供不間斷的維護(hù)，有可能需要進(jìn)行代價高昂的修理。另外，定期更換電池也將是一項很花錢的工作，這是因為電池的數(shù)目十分龐大，而且偏僻地域的道路往往崎嶇難行。我們所需要的是一種能夠持續(xù)產(chǎn)生足夠功率的電源——它隨時可用并可自我保持。最常見和易于使用的能量源之一可能是一個與諸如電池或超級電容器等儲能元件協(xié)同運作的小型太陽能電池，用于在夜間及惡劣天氣條件下提供持續(xù)供電。

能量收集IC

凌力爾特公司近期推出了LTC3105，這是一款超低電壓升壓型轉(zhuǎn)換器，專為大幅度地簡化收集和管理那些來自低電壓和高阻抗替代電源(例如：光伏電池、TEG(熱電發(fā)生器)和燃料電池)之能量的任務(wù)而設(shè)計。該器件的同步升壓型設(shè)計可在低至250mV的輸入電壓條件下啟動，因而使其非常適合甚至是處于不太理想照明條件下的極小光伏電池收集能量。其0.2V至5V的寬輸入電壓范圍使得它成為眾多應(yīng)用的合適之選。一個集成的最大功率點控制器(MppC)使得能夠直接從高阻抗電源(比如光伏電池)來運作，從而防止輸入電源電壓驟降至可由用戶來設(shè)置的MppC以下。峰值電流限值自動進(jìn)行調(diào)節(jié)，以最大限度地增加從替代能源所吸取的功率，而突發(fā)模式操作則可將靜態(tài)電流減小至僅18μA，從而優(yōu)化轉(zhuǎn)換器的效率。

圖2中示出的電路采用LTC3105從單個光伏電池給單節(jié)鋰離子電池充電。該電路使電池能夠在太陽能電源可用時持續(xù)充電，而反過來，當(dāng)太陽能電源不再可用時，電池也能夠利用儲存的能量來為某個應(yīng)用電路(例如：一個無線傳感器節(jié)點)供電。