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专用设备处理高电压能量收集

2016-3-1 15:21:50 3717

0 能量收集往往涉及权力清除从非常低的能源环境来源的消耗电力。对于这些应用，设计人员集中于电路能够连转换最小可用电压电平到有用功率。与此相反，高能量源要求的一类电路能够有效地处理通过能量换能器产生的诸如太阳能电池板，热电发电机和压电器件的高电压电平。设计人员可以利用现有的设备从厂家包括凌特，NJR，安森美半导体，ROHM半导体，意法半导体和德州仪器，以及其他实施有效的高压能量收集系统。宽输入电压转换器通常情况下，能量收集设计存储多余的收获的功率超出所直接使用的负荷。对于高能量来源，设计人员将使用降压转换器，逐步降低传感器的输出电压，以供电路和充电电池或其他能量存储设备充电的水平。对于这些应用，在能量收集口述直流/直流转换器具有较宽的输入电压范围内在的波动。例如，ROHM Semiconductor BD9G341EFJ 提供了一个12 V到76 V的输入电压范围，和德州仪器输入电压范围更广从7.5 V至100 V。对于需要低输入电压范围内支持应用，设计师可以把降压/升压转换器如NJR njm2360或半导体ncp3163，两者都支持的输入电压范围从低至2.5 V，但延伸到40 V的设计需要最少的外部元件，这些元件集成多个芯片的功能，通常提供电流限制随着过压和欠压保护（图1）。图1：宽输入电压转换器如罗姆半导体bd9g341efj提供额外的电源管理功能，如过压、欠压、限流保护特别是太阳能，，通常需要动态方法MPPT（最大功率点跟踪）；换能器产生最大的能量时，他们都保持在其在功率曲线的MPP。在这些情况下，设计师可以找到设备如线性技术lt8490和意法半导体spv1020，包括专用片MPPT块寻找MPP提供先进的动态跟踪方法（图2）。具有一个6 V的输入电压范围为80 V，在线性的lt8490内部的MPPT算法席卷全面板电压低至6 V找到最大功率点。意法半导体的spv1020，支持输入电压范围从6.5 V至40 V，提供了一个芯片上的“扰动观察”的MPPT算法，定期对太阳能电池的工作电压和纠正操作点，如果设备观察相关的产量增加从细胞。如果太阳能电池的输出减小，器件的工作电压也在相反的方向继续扰乱工作电压和功率的变化观察，直到找到新的MPP。图2：专业的能量收集装置如意法半导体spv1020包括内置的最大功率点跟踪（MPPT）旨在从环境能源如太阳能发电的算法优化。压电发电其他高能量的来源可能需要额外的电路元件，以达到最大的发电。压电装置可以产生正弦输出从一个悬臂压电装置的背面的往复挠曲产生。在运动的很宽的范围，这些设备可以生成大量的输出电压电平。例如，精量LDT0-028K 10mm的偏转可产生超过24伏和最大偏转可产生电压超过70V。虽然二极管可以用来简单地夹的压电器件的AC电压输出，专门电压输出控制器提供了一种更有效的方法。例如，凌力尔特LTC3588-2集成了一个低损耗全波桥式整流器，一个高效率降压转换器，带隙基准源的，需提供最少的外部组件的完整能量收集解决方案等功能(图3) 。设计了一个18 V的输入电压，该ltc3588-2包括过压保护使用输入保护并联设置在20，在操作过程中，收获的能量可以储存在输入电容和输出电容。虽然负载电流在名义上是有限的降压转换器可以供应，工程师可以大小的输出电容器作为需要，以支持较大的负载电流要求。示意图凌力尔特LTC3588-2 图3：设计能够从压电设备等的交流电压源的能量，凌力尔特LTC3588-2集成了实现一个完整的能量采集解决方案所需的全波桥式整流器和其它功能元件最少的外部元件。这种类型的设备的其它变体提供对转换器的输出能量存储更广泛的支持。例如，线性LTC3330降压-升压型DC/DC支持从3.0V，VIN至19V和作为与LTC3588-2，集成了一个全波桥式整流器，降压转换器，并支持一个完整能量所需的其他功能收获的解决方案。此外，LTC3330包括一个单独的降压-升压转换器设计为通过外部电池驱动。无论是能量收集降压变换器或电池降压-升压转换器可以提供能量到设备的输出引脚。如果能源的环境源发生故障，降压-升压转换器吸引了来自电池的电力;当有足够的能量收集可用的降压转换器工作，减少电流消耗的电池基本上是零。通过这种方法，设计人员可以利用高压太阳能能量采集，但保证了负载继续即使接收功率，即使当太阳源变淡。结论相反，产生的功率在低能量的环境资源，由高能源能量收集可以带来更多的挑战和更多的规定要求进行设计的功能和性能。对于这些应用，具有广泛的VIN范围，嵌入式MPPT算法或全波整流器专门的设备可以帮助简化设计，同时最大限度地提高能量转换。利用现有的专门芯片，工程师可以实现能够有效地将高电压变送器输出高能源能源采集设计。 2
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