從壓電換能器為塵埃霧為雨

提高對(duì)工業(yè)環(huán)境（如工廠(chǎng)、工廠(chǎng)和煉油廠(chǎng)）的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制水平，使工藝工程師和管理人員能夠看到系統(tǒng)或工廠(chǎng)的整體健康狀況，最終改善決策。增加監(jiān)測(cè)和控制覆蓋范圍的最簡(jiǎn)單方法是使用Dust Networks SmartMesh無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可以在遠(yuǎn)程環(huán)境中輕松安裝。SmartMesh 傳感器和控制器通常部署在沒(méi)有現(xiàn)成電源連接的位置。因此，使用能量收集技術(shù)作為為這些傳感器供電的來(lái)源是有吸引力的。??

LTC?3330 是一款毫微功耗降壓-升壓型 DC/DC，采用能量收集電池壽命延長(zhǎng)器技術(shù)，該技術(shù)可連接至壓電換能器以提供能量為一個(gè) Dust Networks 微塵供電。LTC3330 集成了一個(gè)高電壓降壓型能量收集電源和一個(gè)由原電池供電的降壓升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，以創(chuàng)建一個(gè)單輸出始終接通電源，從而為遠(yuǎn)端 Dust mote 供電。

當(dāng)振動(dòng)能量可用時(shí)，LTC3330 將其用作電源，而不是電池。在振動(dòng)能量不可用的短時(shí)間內(nèi)，LTC3330 可對(duì)一個(gè)超級(jí)電容器進(jìn)行充電和平衡，該超級(jí)電容器可調(diào)用以支持負(fù)載。LTC3330 的能量收集和超級(jí)電容器充電 / 平衡電路的組合可將原電池的使用壽命延長(zhǎng)幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而顯著減少更換電池的維護(hù)費(fèi)用 （節(jié)省的成本乘以安裝的傳感器 / 控制器的數(shù)量）。

LTC3330 與防塵器接口

圖 1 示出了 LTC3330 具有一個(gè)輸出超級(jí)電容器、一個(gè)連接了一個(gè)灰塵微塵、安裝了一個(gè)電池并EH_ON連接到 OUT2。在此配置中，當(dāng)EH_ON為低電平時(shí)，V外設(shè)置為 2.5V，當(dāng)EH_ON為高電平時(shí)，V外設(shè)置為 3.6V。Midé V25W 壓電換能器以機(jī)械方式連接到振動(dòng)源，其電觸點(diǎn)連接到 LTC3330 的 AC1 和 AC2 引腳。振動(dòng)源產(chǎn)生 1gRMS在 60Hz 加速度下產(chǎn)生 10.6V 的開(kāi)路電壓峰.圖2顯示了從V25W壓電傳感器充電的輸入電容。輸入電容在 208ms 內(nèi)從 4.48V 充電至 5.92V。V25W 提供的功率為 648μW。

圖1.帶有超級(jí)電容器、電池和連接到 OUT2 EH_ON的灰塵微塵設(shè)置

圖2.Midé V25W 可在 208ms 內(nèi)將 18μF 輸入電容從 4.48V 充電至 5.92V

在施加的 5.0V 電壓下，22μF 電容器的電流僅為 18μF，因此每個(gè)VIN_UVLO_RISING和 FALL 事件都會(huì)產(chǎn)生 26μC 的電荷，這些電荷可傳輸?shù)捷敵龆耍瑴p去 LTC3330 內(nèi)降壓型穩(wěn)壓器的效率 （90%）。圖 3 顯示了使用 Midé V25W 傳感器將輸出超級(jí)電容器充電至 3.6V 的過(guò)程。輸出超級(jí)電容器充電至3.6V大約需要3300秒。

圖3.Midé 25W 充電輸出超級(jí)電容器至 3.6V

在圖1中，當(dāng)EH_ON為低電平時(shí)，V外設(shè)置為 2.5V，當(dāng)EH_ON為高電平時(shí)，V外設(shè)置為 3.6V。圖 4 中的第一個(gè)標(biāo)記指示振動(dòng)源的激活位置;V在高于VIN_UVLO_RISING閾值。EH_ON升高導(dǎo)致 V外升至 3.6V （V外從 2.5V 開(kāi)始，因?yàn)殡姵匾殉潆姡ｋS著EH_ON變高，PGVOUT變低，因?yàn)樾碌腣型外尚未達(dá)到3.6V的電平。作為 V 上的電荷在被轉(zhuǎn)移到 V外， V在放電和當(dāng) V在達(dá)到其UVLO_FALLING閾值，EH_ON變低，導(dǎo)致目標(biāo) V外再次為2.5V。

圖4.Midé 25W 充電輸出超級(jí)電容器：2.5V 至 3.6V

假設(shè)輸出電容非常大，并且平均負(fù)載小于Midé壓電傳感器提供的輸入功率，輸出電壓在許多周期內(nèi)增加到更高的設(shè)定點(diǎn)3.6V。在從 BAT 設(shè)定點(diǎn) 2.5V 過(guò)渡到 3.6V 能量收集器設(shè)定點(diǎn)期間，V外高于 2.5V PGVOUT 閾值，因此，每次 PGVOUT 變低時(shí)，PGVOUT 都會(huì)變高EH_ON。這個(gè)循環(huán)重復(fù)，直到V外達(dá)到 V 的 PGVOUT 閾值外設(shè)定為3.6V。

圖5顯示了V的放電外當(dāng)振動(dòng)源被移除并且 V在低于 UVLO_FALLING 閾值，導(dǎo)致EH_ON變低。V上的超級(jí)電容器外將放電至新的目標(biāo)電壓 2.5V，此時(shí)降壓-升壓穩(wěn)壓器將打開(kāi)為塵塵供電。超級(jí)電容器在V上的放電外為振動(dòng)源的短期損失提供能量源，并延長(zhǎng)電池的使用壽命。

圖5.振動(dòng)源關(guān)閉時(shí)輸出超級(jí)電容器放電

結(jié)論

LTC3330 提供了一個(gè)完整的解決方案，用于利用 Midé V25W 壓電換能器和連接到 BAT 引腳的原電池從一個(gè)振動(dòng)源為塵埃網(wǎng)絡(luò)微塵供電。V25W 壓電傳感器支持振動(dòng)源的輸出功率要求，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命。當(dāng)與連接到V的超級(jí)電容器結(jié)合使用時(shí)外，LTC3330 可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命，從而減少了更換電池的維護(hù)費(fèi)用。

審核編輯：郭婷