測量和控制所需的超低功率無線傳感器節(jié)點的激增，再加上新型能量收集技術(shù)的運用，使得由局部環(huán)境能量而非電池供電的全自主型系統(tǒng)成為可能。利用環(huán)境或“免費”能量來為無線傳感器節(jié)點供電是富有吸引力的，因為它能夠?qū)﹄姵鼗驅(qū)Ь€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，這顯然是一大優(yōu)勢。

　　而且，完全取消供電導線還使大規(guī)模擴展監(jiān)視與控制系統(tǒng)變得輕而易舉。能量收集無線傳感器系統(tǒng)簡化了眾多領(lǐng)域中的安裝和維護工作，例如：樓宇自動化、無線 / 自動化儀表計量和前瞻性維護，以及諸多其他的工業(yè)、軍事、汽車和消費類應用。

　　能量收集的好處是顯而易見的，不過，有效的能量收集系統(tǒng)需要使用智能型的電源管理方案，以把微弱的免費能量轉(zhuǎn)換為一種無線傳感器系統(tǒng)可以使用的形式。

　　歸根到底是占空比的問題
許多無線傳感器系統(tǒng)的平均功率消耗非常之低，從而使其成為可利用能量收集技術(shù)進行供電的主要候選對象。很多傳感器節(jié)點用于監(jiān)視緩慢變化的物理量。所以可以不經(jīng)常進行測量，也不需要經(jīng)常發(fā)送測量數(shù)據(jù)，因此傳感器節(jié)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：若一個傳感器系統(tǒng)處于喚醒狀態(tài)時的需要 3.3V/30mA (100mW) 的功率，但在每秒時間里只運行 10ms，那么其所需的平均功率僅為 1mW，假定在傳送突發(fā)的間隔期間不工作時，傳感器系統(tǒng)電流降至數(shù) 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。由于大多數(shù)形式的能量收集均提供非常小的穩(wěn)態(tài)功率 (通常只有幾 mW，有時甚至僅幾 μW)，因此這種功率需求量的差異是很重要的。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(jīng)穩(wěn)壓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(xù)和不間斷的電源
　　它們往往只產(chǎn)生非常低的平均輸出功率 (通常在 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：迄今為止在能量收集中仍然缺失的一環(huán)
由收集能量供電的典型無線傳感器系統(tǒng)可分解為 5 個基本構(gòu)件，如圖 1 所示。除了電源管理構(gòu)件之外，所有這些構(gòu)件成都已經(jīng)用了有一段時間。比如：運行功率僅數(shù) μW 的微處理器以及功耗同樣非常之低、具成本效益的小型射頻 (RF) 發(fā)送器和收發(fā)器已被廣泛使用。低功率的模擬和數(shù)字傳感器也是無處不在。

　　在實現(xiàn)這種能量收集系統(tǒng)鏈路時，缺失的一環(huán)始終是可以靠一個或多個常見免費能源工作的功率轉(zhuǎn)換器 / 電源管理構(gòu)件。能量收集的理想電源管理解決方案應具有小巧和易用的特點，在依靠由常見的能量收集源產(chǎn)生的異常高或低電壓工作時良好地運行，并在理想的情況下提供與源阻抗的上佳負載匹配以實現(xiàn)最優(yōu)的功率傳輸。電源管理器本身在管理累積能量時所需消耗的電流必須非常小，且應在使用極少分立組件的情況下產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。

　　采用 3mm x 4mm x 0.75mm 12 引腳 DFN 封裝或 16 引腳 SSOP 封裝的LTC3108 解決了超低輸入電壓應用的能量收集問題。該器件提供了一款緊湊、簡單和高度集成的單片式電源管理解決方案，能在輸入電壓低至 20mV 的情況下正常運作。憑借這種獨特的能力，LTC3108 可利用一個熱電發(fā)生器(TEG) 來為無線傳感器供電，并從小至 1oC 的溫度差 (ΔT) 收集能量。采用一個現(xiàn)成有售的小型 (6mm x 6mm) 升壓變壓器和少量的低成本電容器，該器件即可提供用于給當今的無線傳感器電子線路供電所需的穩(wěn)定輸出電壓。

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