通過(guò)供電脈沖能量收集電路

脈沖能量采集應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換能量爆發(fā)到足夠的功率用于操作簡(jiǎn)單電路如無(wú)線交換機(jī)，無(wú)線數(shù)據(jù)記錄器，遙控器，和類似物。為了建立這些設(shè)計(jì)中，工程師可以在多種從廠家提供超低功耗的芯片和能量轉(zhuǎn)換器，包括EnOcean公司，凌力爾特，領(lǐng)新科技，美信集成，精量電子，微芯科技美迪科技，ROHM半導(dǎo)體，商Schurter的畫，Silicon Labs公司和德州儀器等等。能量收集應(yīng)用程序通常依賴于清除能量涓涓細(xì)流從身體發(fā)熱，震動(dòng)，環(huán)境射頻一方面或從高能源，如太陽(yáng)能，風(fēng)能等，吸取功率。在這些情況下，獲得了持續(xù)的能量來(lái)源，無(wú)論是低或高能量，通常可以確保電路的連續(xù)或接近連續(xù)操作。脈沖收獲，然而，得出功率從能量爆發(fā)與按鈕推，突然振動(dòng)，或其它短命能量源相關(guān)聯(lián)。脈沖事件本身之外，這種做法留給電路的超出了多余的能量，他們可以從脈沖事件存儲(chǔ)無(wú)需額外電源。盡管存在這些挑戰(zhàn)，工程師們采用這種方法的應(yīng)用范圍從基本的瞬時(shí)按鈕開(kāi)關(guān)搭載的鐵路車輛輪轂的高能量振動(dòng)在其軌道上運(yùn)行復(fù)雜的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)。脈沖能量收集有希望用于為廣泛的應(yīng)用一樣簡(jiǎn)單無(wú)線按鈕開(kāi)關(guān)到事件記錄器等等。事實(shí)上脈沖能量采集已經(jīng)謊言在非機(jī)械開(kāi)關(guān)，如商Schurter的PSE系列壓電開(kāi)關(guān)的心臟。與這些設(shè)備，按下按鈕偏轉(zhuǎn)的壓電盤，它創(chuàng)建能量足以電子開(kāi)關(guān)，從而即刻關(guān)閉開(kāi)關(guān)兩端的端子的電路的脈沖（圖1）的持續(xù)時(shí)間的電脈沖。在這種情況下，該電子開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)保持閉合的周期取決于致動(dòng)速度，力和持續(xù)時(shí)間。

壓電收獲

（Measurement Specialties公司提供）不同于其他類型的傳感器，壓電器件產(chǎn)生時(shí)，他們一心來(lái)回的交流輸出電壓。因此，設(shè)計(jì)師通常會(huì)通過(guò)從一般小信號(hào)肖特基二極管陣列，如羅姆半導(dǎo)體RB521ZS8A30TE61創(chuàng)建橋式整流器通過(guò)從壓電設(shè)備輸出。以下整流器，設(shè)計(jì)者將通常使用的低功率變換器升壓或根據(jù)需要降壓的電壓。低功耗升壓轉(zhuǎn)換器，如凌力爾特LTC3108或Microchip的技術(shù)MCP1640，能帶來(lái)低電壓等級(jí)最高可用水平，而低功耗降壓轉(zhuǎn)換器，如Maxim的集成MAX638或德州儀器TPS62736，帶來(lái)更高的電壓降到安全水平。此外，低功耗降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器，如AMS AS1337或凌特LTC3531，特點(diǎn)是輸出電壓大幅波動(dòng)地址的應(yīng)用程序。專業(yè)能量收集設(shè)備，如凌力爾特LTC3588-1集成這個(gè)電壓調(diào)節(jié)功能集成到單個(gè)芯片中。線性LTC3588-1結(jié)合了低損耗，全波橋式整流器與收獲來(lái)自壓電換能器的能量，并提供一個(gè)合適的調(diào)節(jié)的輸出到應(yīng)用電路所需要的高效率降壓轉(zhuǎn)換器。設(shè)計(jì)成與一壓電裝置或其他交流電源直接連接，所述LTC3588-1整流的電壓波形，并存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)電容器采集的能量（圖3）。

取決于脈沖能量源的性質(zhì)，應(yīng)用程序搭載脈沖能量收集將可能具有有限的可用功率，以提供超出發(fā)送突發(fā)傳送到一些接收機(jī)的數(shù)據(jù)廣泛的功能。事實(shí)上，工程師們可苦于無(wú)法實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的無(wú)線傳輸協(xié)議，無(wú)需使用專用無(wú)線方式以最小的通信開(kāi)銷，從而縮短傳輸突發(fā)和相應(yīng)的低功耗要求。對(duì)于具有非常有限的功率預(yù)算的應(yīng)用，射頻發(fā)送器IC，如領(lǐng)新技術(shù)TXM-XXX-LC提供無(wú)線連接到目標(biāo)設(shè)備或主機(jī)一個(gè)非常低功率的專有解決方案。用于短距離，低功率應(yīng)用，例如車庫(kù)門開(kāi)啟或遙控器，領(lǐng)新提供其TXM-XXX-LC發(fā)射機(jī)在315兆赫，418兆赫和433兆赫頻帶，對(duì)周期性數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。該領(lǐng)新的LC傳感器可提供用于連接至一個(gè)MCU用于創(chuàng)建用于傳送的消息的多條數(shù)據(jù)線。另一方面，在TXM-XXX-LC和所述的Linx LICAL-ENC-MS001編碼器集成電路的組合提供了用于發(fā)送一個(gè)基本碼到目標(biāo)設(shè)備的簡(jiǎn)單，低功耗的解決方案。以提供在發(fā)送的代碼唯一性和安全性的水平，所述的Linx LICAL-ENC-MS001提供一個(gè)編碼比特流與224種可能的組合對(duì)的Linx TXM發(fā)射機(jī)（圖4）。

圖4：工程師可以通過(guò)一個(gè)編碼器集成電路，如領(lǐng)新技術(shù)LICAL-ENC-MS001結(jié)合，具有低功率無(wú)線RF發(fā)射器，如領(lǐng)新TXM-XXX-LC實(shí)現(xiàn)無(wú)線功能。 （領(lǐng)新技術(shù)的提供者）應(yīng)用搭載高能量脈沖 - 如軌道的火車輪脈沖震動(dòng) - 可以利用其相對(duì)較高的功率，支持更復(fù)雜的基于MCU的應(yīng)用，如鐵路顯示器。盡管如此，有必要確保脈沖事件之間連續(xù)操作指示使用非常低功率設(shè)備，即使在這些情況。在這種情況下，設(shè)計(jì)人員可以轉(zhuǎn)向從Silicon Labs Si106x系列或德州儀器CC2541器件的低功耗MCU。該SILABS Si106x和TI的CC2541每個(gè)集成了一個(gè)8051兼容的單片機(jī)片內(nèi)RAM，閃存，多個(gè)外設(shè)以及無(wú)線收發(fā)器。該Silicon Labs的Si106x系列的特點(diǎn)是支持專用無(wú)線協(xié)議，頻率范圍從142兆赫至1050兆赫的設(shè)備，而TI CC2541被設(shè)計(jì)為支持的協(xié)議或在2.4 GHz頻段的標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙低功耗協(xié)議。專為低功耗應(yīng)用，這些器件具有多種低功耗睡眠狀態(tài)和極短的喚醒時(shí)間。然而，在一個(gè)脈沖 - 采集應(yīng)用，采用這些裝置通常需要使用一個(gè)本地能量存儲(chǔ)裝置的諸如可充電鋰離子電池，薄膜電池，或超級(jí)電容器提供電源，以支持休眠狀態(tài)所需的滴流之間的能量脈沖事件。

無(wú)線模塊

壓電設(shè)備不是為脈沖能量設(shè)計(jì)的唯一解決方案。事實(shí)上，電磁感應(yīng)技術(shù)可以產(chǎn)生顯著輸出電壓的各種配置，包括線性和旋轉(zhuǎn)。事實(shí)上，一個(gè)電磁換能器組件形成從EnOcean公司可用PTM 200和PTM 210U無(wú)線模塊的核心。所述的EnOcean PTM 200 / 210U結(jié)合了電源轉(zhuǎn)換器，處理器，和無(wú)線電臺(tái)在單個(gè)封裝中（圖5）的能量換能器。在此，電動(dòng)換能器是由一個(gè)單獨(dú)的按鈕或搖臂開(kāi)關(guān)的作用下，定位成推換能器的“能量弓”使用標(biāo)簽安裝在模塊的外部激活。當(dāng)能量弓被推僅為1.8毫米的距離，功率的足夠的脈沖被提供給使處理器和無(wú)線電傳輸基于接觸乳頭的設(shè)置一短的RF消息。在PTM 200工作在868.3 MHz頻段，而PTM 210U采用了902 MHz頻段。

結(jié)論

脈沖能量收集可以產(chǎn)生足夠的電力來(lái)激活低功耗，短持續(xù)時(shí)間的應(yīng)用，如無(wú)線交換機(jī)和數(shù)據(jù)記錄器。通過(guò)捕獲能量短脈沖，這些應(yīng)用程序可以無(wú)限期運(yùn)行無(wú)需電池或電源的外部來(lái)源。工程師，可用IC和換能器的一個(gè)寬陣列提供用于實(shí)現(xiàn)無(wú)線設(shè)計(jì)搭載脈沖能量收集方案的相應(yīng)不同的范圍。

審核編輯 黃宇