背景

　　測量和控制所需的超低功率無線傳感器節點的激增，再加上新型能量收集技術的運用，使得由局部環境能量而非電池供電的全自主型系統成為可能。利用環境或“免費”能量來為無線傳感器節點供電是很有吸引力，因為它能夠對電池或導線供電提供補充、甚至完全無需使用電池或供電導線。當更換或檢修電池存在不便、費用昂貴或危險之時，這顯然是有好處的。

　　許多無線傳感器系統消耗非常低的平均功率，從而成為可利用能量收集技術進行供電的主要候選對象。很多傳感器節點用于監視緩慢變化的物理量。所以可以不經常進行測量，也不需要經常發送測量數據，因此傳感器節點是以非常低的占空比工作的。相應地，平均功率需求也很低。例如：如果一個傳感器系統處于喚醒狀態時需要3.3V/30mA （100mW），但每秒鐘只有10ms在工作，那么其所需的平均功率僅為1mW，假定在傳送突發的間隔期間不工作時，傳感器系統電流降至數μA.倘若這個無線傳感器只是每分鐘（而不是每秒鐘）進行一次采樣和傳送，則平均功率將驟降至20μW以下。這差異是十分重要，因為大多數形式的能量收集均提供非常小的穩態功率（通常只有幾mW，某些場合甚至僅為幾μW）。應用所需的平均功率越低，就越有可能采用收集能量來供電。

　　能量收集源

　　可供收集的最常見能量源是振動（或運動）、光和熱。用于所有這些能量源的換能器都具有以下的共同特性：

　　它們的電輸出未經穩壓，并且不適合直接用于給電子電路供電

　　它們可能無法提供一個連續和不間斷的電源

　　它們往往只產生非常低的平均輸出功率（通常大約為10μW至10mW）

　　如果想把此類能量源用于給無線傳感器或其他電子線路供電，就必需針對上述特性進行明智而審慎的電源管理。

　　電源管理

　　由收集能量供電的典型無線傳感器系統可分解為5個基本構件，如圖1所示。除了電源管理構件之外，所有這些構件都已經用了有一段時間。比如：運行功率僅數 μW的微處理器以及功耗同樣非常之低、具成本效益的小型RF發送器和收發器已被廣泛使用。低功率的模擬和數字傳感器也是無處不在。

　　圖1：典型的無線傳感器系統配置

　　面向能量收集的理想電源管理解決方案應具有小巧、易用和工作性能良好的特性，同時能夠采用由常見能量收集源所產生的異常高或異常低電壓來運作，并且以理想的方式提供與源阻抗的良好負載匹配，可實現最佳的功率傳輸。電源管理器本身必須只需要非常微小的電流來管理累積的能量，并使用極少的分立組件來產生穩定的輸出電壓。

　　有些應用（比如：無線HVAC傳感器或地熱供電型傳感器）則給能量收集電源轉換器提出了另一項獨特的挑戰。此類應用要求能量收集電源管理器能夠依靠一個非常低、而且是任一極性的輸入電壓來運作，這是因為熱電發生器（TEG）兩端之ΔT的極性是會變化的。這是一個特別棘手的難題，而且在幾十或幾百mV的電壓條件下，二極管橋式整流器并不是可選的方案。

　　采用4mm x 4mm x 0.75mm 20引腳QFN封裝或20引腳SSOP封裝的LTC3109可解決任一極性之超低輸入電壓源的能量收集問題。該器件提供了一款緊湊、簡單、高度集成的單片式電源管理解決方案，適合采用低至±30mV的輸入電壓來運作。這種獨特的能力使其可以采用一個熱電發生器（T