消費者對移動電子產品的渴望，無論其功能增強如何，都具有更長的電池壽命的預設預期。能量收集技術可以幫助工程師顯著延長一次電池的使用壽命。對於設計者來說，構建電池擴充套件電路的任務已經變得非常容易，從模擬裝置、cymbt、線性技術和德克薩斯儀器等方面獲得了專門的ic。
能量收集提供了一種手段，從環境能源，包括太陽能，溫度差，振動或射頻能量嚴格應用的許多應用。對於這些「零功率」的設計，可用的環境能量超過設計功率要求——通常是因為應用帶來了使用超低功率元件容易滿足的最小功能要求。
然而，對於其他應用，更複雜的應用需求可以使發電/消耗率遠離零功率解決方案，而決定了對乙個或多個原電池的需求。即使在這些情況下，設計者仍然可以發現自己面臨著電力需求和總電池容量之間的差距越來越大。當差距過大時，消費者會對產品不滿，認為產品過於頻繁，需要更換電池或充電。
降低電池負載
雖然設計者可以採用不同的節電技術，但延長電池壽命的根本方法在於降低其平均輸出電流。更高的電流負載意味著更短的電池壽命，即使在典型的不可再充電一次電池(例如松下br1225、br1632、br23 30和br3032鋰電池)中的電流負載從1μa上公升到10μa時，從幾年下降到僅僅幾個月(圖1)。通過提供備用電源，能量收集技術可以使設計者減少來自一次電池的平均電流輸出，從而延長其壽命。
maxim整合非充電一次電池壽命影象
圖1：平均電流負載的微小變化會導致非充電初級硬幣電池壽命的極大變化(maxim-整合的禮貌)。
在大多數能量收集設計的基礎上，複雜的功率管理ic管理來自環境能量轉換器的能量輸出，處理諸如薄膜電池或超級電容器之類的能量儲存裝置的充電，並向負載提供所需的供電電壓。在某些情況下，設計者可以使用功率管理裝置和模擬開關的組合來構建簡單的電池擴充套件電路。
在簡單的電池擴充套件電路(圖2)中，模擬裝置adg719模擬開關將用於將電源切換到原電池和儲存裝置(如cymbbe cbc3150)之間的負載。在該電路的核心，電源監控器ic(如模擬裝置adm6316)用於檢測來自cbc3150儲存裝置的良好電壓輸出。在這種情況下，電源監控器ic都將啟用adg719模擬開關，並使低輟學(ldo)調節器，如德克薩斯儀器tps780330220ddcr，以提供乙個調節輸出電壓到負載。
cybet模擬開關和電源管理ic的影象
圖2：模擬開關和電源管理ic通過簡單地將輸出負載切換到儲存裝置(提供cymbt)，為簡單的電池擴充套件器提供基礎。
在這個設計中的乙個關鍵部件是cymbter cbc3150，它整合了薄膜儲存裝置和單個裝置中的電源管理電路。在正常工作期間，enncube ic使用其片上電荷幫浦對其內部薄膜儲存器進行充電，其工作在2.5 v到5.5 v。當器件的電源低於使用者定義的閾值電壓時，ic將發出該訊號並路由薄膜儲存器件的vtart。ge到vout。
電池擴充套件晶元
一些能量收集裝置被專門設計用於支援電池壽命延長。例如，線性技術ltc3107被設計成無縫地裝配到從主電池執行的現有應用中(圖3)。ltc3107使用從熱電發電機(teg)中收集的能量來減少一次電池上的負載，從而延長其壽命。
線性技術影象ltc3107
圖3：線性技術ltc3107設計用於延長電池的壽命，該電路由主電池如cr2032硬幣電池(線性技術)構成。
使用其內部公升壓轉換器，ltc3107可以從tegs獲得能量，提供低至20 mv的電壓電平。隨著用於外部mcu供電的2.2伏ldo輸出，該裝置提供了一種主輸出電壓，其自動適應以匹配一次電池的電壓。每當獲得能量時，ltc3107無縫地從電池功率過渡到收穫功率，延長電池的壽命。該裝置還可用於涓流充電標準電容器或超級電容器，以儲存多餘的收穫能量，進一步延長電池壽命。
當使用主電池時，除了vbat去耦電容器的最小洩漏電流之外，該器件僅在vbat上繪製80 na。如果電池被移除，vbat去耦電容器將繼續保持vbat電壓，vbat電壓將由於洩漏而緩慢衰減。例如，在vbat上有20μf標稱和0.1μa洩漏的去耦電容器，vout將以每秒約5 mv的速率衰減，這將通常允許在電池更換期間繼續操作。
功率優先化
線性技術的ltc33 30提供更複雜的功能，延長一次電池壽命。該裝置包括用於從外部初級電池單元供電的片上降壓-公升壓dc/dc轉換器。此外，該裝置包括完整的能量收集電源，其包括整合的全波橋式整流器和高壓降壓轉換器，以從不同形式的環境能量(包括壓電、太陽能或磁源)向負載供電。
在操作期間，該裝置可以將任一dc / dc轉換器的輸出引導到其單個輸出(圖4)。當收穫的能量可用時，收割機的降壓轉換器提供電源，將電池上的靜態電流減少到基本上為零，從而延長電池的壽命。當收穫能量不足時，電池通過其專用降壓-公升壓轉換器向vut供電。
在該裝置的核心，輸入優先器確定是否使用能量獲取輸入或電池輸入來對vout進行供電。如果電池正在為降壓-公升壓轉換器供電，並且收穫的能量超過閾值電壓，則優先器將關閉電池轉換器並接通能量收集轉換器，以提供維持vout調節的平滑過渡。當可收穫能量低於閾值水平時，如果電池電壓高於1.8 v，則優先器將切換到電池，同時保持調節。如果電池電壓低於1.8 v，ltc33 30優先器將不會重新啟用電池降壓-公升壓轉換器，vout將coll。直到獲得足夠的可收穫能量(或者更換電池)。
線性技術影象ltc33 30
圖4：線性技術ltc33 30使用乙個片上優先化電路，當足夠的收穫功率可用時(線性技術)，將乙個主電池的輸出轉換為能量收集源。
結論
即使需求加速，更多的功能豐富的產品，預期更長的電池壽命繼續不減。對於面臨日益增長的電力預算的設計者來說，利用能量收集技術來延長電池壽命的能力為減少電力需求和電池壽命之間的差距提供了重要的途徑。使用可用的電源管理ic和專用裝置，工程師可以使用能量收集來減少一次電池上的負載，從而延長其壽命。
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