通过供电脉冲能量收集电路

脉冲能量采集应用程序转换能量爆发到足够的功率用于操作简单电路如无线交换机，无线数据记录器，遥控器，和类似物。为了建立这些设计中，工程师可以在多种从厂家提供超低功耗的芯片和能量转换器，包括EnOcean公司，凌力尔特，领新科技，美信集成，精量电子，微芯科技美迪科技，ROHM半导体，商Schurter的画，Silicon Labs公司和德州仪器等等。能量收集应用程序通常依赖于清除能量涓涓细流从身体发热，震动，环境射频一方面或从高能源，如太阳能，风能等，吸取功率。在这些情况下，获得了持续的能量来源，无论是低或高能量，通常可以确保电路的连续或接近连续操作。脉冲收获，然而，得出功率从能量爆发与按钮推，突然振动，或其它短命能量源相关联。脉冲事件本身之外，这种做法留给电路的超出了多余的能量，他们可以从脉冲事件存储无需额外电源。尽管存在这些挑战，工程师们采用这种方法的应用范围从基本的瞬时按钮开关搭载的铁路车辆轮毂的高能量振动在其轨道上运行复杂的无线监控系统。脉冲能量收集有希望用于为广泛的应用一样简单无线按钮开关到事件记录器等等。事实上脉冲能量采集已经谎言在非机械开关，如商Schurter的PSE系列压电开关的心脏。与这些设备，按下按钮偏转的压电盘，它创建能量足以电子开关，从而即刻关闭开关两端的端子的电路的脉冲(图1)的持续时间的电脉冲。在这种情况下，该电子开关触点保持闭合的周期取决于致动速度，力和持续时间。

图1：常开按钮开关，如那些在商Schurter PSE系列依靠脉冲能量从压电盘以暂时关闭一个电子开关，如跨越其端子的MOSFET栅极。 (商Schurter提供)

压电收获

当弯曲或受到机械应力，制造商，如美迪科技和精量压电器件能产生足够的输出电压功率MOSFET或CMOS直接门。例如，与测量专业LDT0-028K，2毫米偏转足以产生约7 V和较大的弯曲可产生几十伏(图2)。

图2：当经受相对较小的偏转压电器件，如精量LDT0-028K产生显著输出电压电平。 (Measurement Specialties公司提供)不同于其他类型的传感器，压电器件产生时，他们一心来回的交流输出电压。因此，设计师通常会通过从一般小信号肖特基二极管阵列，如罗姆半导体RB521ZS8A30TE61创建桥式整流器通过从压电设备输出。以下整流器，设计者将通常使用的低功率变换器升压或根据需要降压的电压。低功耗升压转换器，如凌力尔特LTC3108或Microchip的技术MCP1640，能带来低电压等级最高可用水平，而低功耗降压转换器，如Maxim的集成MAX638或德州仪器TPS62736，带来更高的电压降到安全水平。此外，低功耗降压 - 升压转换器，如AMS AS1337或凌特LTC3531，特点是输出电压大幅波动地址的应用程序。专业能量收集设备，如凌力尔特LTC3588-1集成这个电压调节功能集成到单个芯片中。线性LTC3588-1结合了低损耗，全波桥式整流器与收获来自压电换能器的能量，并提供一个合适的调节的输出到应用电路所需要的高效率降压转换器。设计成与一压电装置或其他交流电源直接连接，所述LTC3588-1整流的电压波形，并存储在外部存储电容器采集的能量(图3)。

图3：专业的设备，如线性技术LTC3588-1提供一个完整的压电能量采集和电压调节的解决方案，需要一些额外的组件。 (凌力尔特公司提供)

无线通信

取决于脉冲能量源的性质，应用程序搭载脉冲能量收集将可能具有有限的可用功率，以提供超出发送突发传送到一些接收机的数据广泛的功能。事实上，工程师们可苦于无法实现更为复杂的无线传输协议，无需使用专用无线方式以最小的通信开销，从而缩短传输突发和相应的低功耗要求。对于具有非常有限的功率预算的应用，射频发送器IC，如领新技术TXM-XXX-LC提供无线连接到目标设备或主机一个非常低功率的专有解决方案。用于短距离，低功率应用，例如车库门开启或遥控器，领新提供其TXM-XXX-LC发射机在315兆赫，418兆赫和433兆赫频带，对周期性数据传输标准。该领新的LC传感器可提供用于连接至一个MCU用于创建用于传送的消息的多条数据线。另一方面，在TXM-XXX-LC和所述的Linx LICAL-ENC-MS001编码器集成电路的组合提供了用于发送一个基本码到目标设备的简单，低功耗的解决方案。以提供在发送的代码唯一性和安全性的水平，所述的Linx LICAL-ENC-MS001提供一个编码比特流与224种可能的组合对的Linx TXM发射机(图4)。[!--empirenews.page--]

图4：工程师可以通过一个编码器集成电路，如领新技术LICAL-ENC-MS001结合，具有低功率无线RF发射器，如领新TXM-XXX-LC实现无线功能。 (领新技术的提供者)应用搭载高能量脉冲 - 如轨道的火车轮脉冲震动 - 可以利用其相对较高的功率，支持更复杂的基于MCU的应用，如铁路显示器。尽管如此，有必要确保脉冲事件之间连续操作指示使用非常低功率设备，即使在这些情况。在这种情况下，设计人员可以转向从Silicon Labs Si106x系列或德州仪器CC2541器件的低功耗MCU。该SILABS Si106x和TI的CC2541每个集成了一个8051兼容的单片机片内RAM，闪存，多个外设以及无线收发器。该Silicon Labs的Si106x系列的特点是支持专用无线协议，频率范围从142兆赫至1050兆赫的设备，而TI CC2541被设计为支持的协议或在2.4 GHz频段的标准蓝牙低功耗协议。专为低功耗应用，这些器件具有多种低功耗睡眠状态和极短的唤醒时间。然而，在一个脉冲 - 采集应用，采用这些装置通常需要使用一个本地能量存储装置的诸如可充电锂离子电池，薄膜电池，或超级电容器提供电源，以支持休眠状态所需的滴流之间的能量脉冲事件。

无线模块

压电设备不是为脉冲能量设计的唯一解决方案。事实上，电磁感应技术可以产生显著输出电压的各种配置，包括线性和旋转。事实上，一个电磁换能器组件形成从EnOcean公司可用PTM 200和PTM 210U无线模块的核心。所述的EnOcean PTM 200 / 210U结合了电源转换器，处理器，和无线电台在单个封装中(图5)的能量换能器。在此，电动换能器是由一个单独的按钮或摇臂开关的作用下，定位成推换能器的“能量弓”使用​​标签安装在模块的外部激活。当能量弓被推仅为1.8毫米的距离，功率的足够的脉冲被提供给使处理器和无线电传输基于接触乳头的设置一短的RF消息。在PTM 200工作在868.3 MHz频段，而PTM 210U采用了902 MHz频段。

图5：由通过磁场推动一个“能量弓”供电集成处理器和RF发射机创建的EnOcean PTM 200 / 210U收成脉冲能量。 (EnOcean公司提供)

结论

脉冲能量收集可以产生足够的电力来激活低功耗，短持续时间的应用，如无线交换机和数据记录器。通过捕获能量短脉冲，这些应用程序可以无限期运行无需电池或电源的外部来源。工程师，可用IC和换能器的一个宽阵列提供用于实现无线设计搭载脉冲能量收集方案的相应不同的范围。