背景

　　在我們周圍有大量環境能源，傳統的能量收集方法一直是通過太陽能電池板和風力發電機。不過，新的能量收集工具允許我們利用種類繁多的環境能源產生電能。此外，重要的不是電路的能量轉換效率，可用來給電路供電的“平均收集”能量之多少才是更重要。例如，熱電發生器將熱量轉換成電，壓電組件轉換機械振動，光伏組件轉換太陽光 （或任何光源），通過化學作用產生電流的組件轉換潮氣的能量。這使給遠程傳感器供電或者給電容器或薄膜電池等存儲器件充電成為可能，因此微處理器或發送器可以無需本地電源，而從遠程地點供電。

　　這又為凌力爾特的能量收集產品用作潛在的解決方案創造了機會。下表 1 說明了我們在這一領域提供的產品

　　表 1：凌力爾特面向可再生能源應用的 IC 解決方案

　　表 1 中列出的每一種產品都有特定的功能和性能標準，這使每一種產品都可以根據環境能源的類型，成為切實可行的最佳解決方案。概括而言，這些包括：

　　1、低備用靜態電流：典型值低于 6μA，最低為 450nA

　　2、低啟動電壓：低至 20mV

　　3、高輸入電壓能力：高達 34V 連續電壓和 40V 瞬態電壓

　　4、 能處理 AC 輸入

　　5、多輸出能力和自主系統電源管理

　　6、自動極性工作

　　7、 針對太陽能輸入的最大功率點控制 （MPPC）

　　8、能從低至 1°C 的溫度差中收集能量

　　9、外部組件數最少、占板面積緊湊的解決方案

　　驅動增長的市場力量

　　能源法規、運營成本上升和越來越多的“綠色”運動驅動著接受面向能量收集應用的無線傳感器網絡 （WSN）。盡管以前的 WSN 產品 （工業機械、農業、結構健康監測等） 留下了一個四分五裂的市場，但是為采用 IP 平臺統一傳感器網絡的跨行業努力正在進行中，以簡化開發、吸引新的廠商進入市場并鼓勵創新。請注意：WSN 還可能指的是無線傳感器節點，因此 WSN 究竟指的是單個還是多個配置，就視上下文而定。

　　WSN 是一種突破性技術，可降低多達 80% 的安裝費用，并支持種類繁多和有線網絡不可能支持的應用，使建筑物更環保、更智能。由于幾乎在任何地方都有可能安裝傳感器，所以任何規模的建筑物都可以優化其能耗、改善安全性并降低運營費用。請注意：在建筑物中，HVAC 使用了三份之二現已安裝的 WSN，其次是照明和門禁控制。據預測，未來 5 年內，將安裝 1500 萬個無線傳感器節點 （數據來源：ON World Inc.），這些傳感器節點將需要由電池或環境能源供電，也有可能由二者組合供電。

　　iRAP 公司最近公布的一份研究報告對上述增長預測提供了支持，該報告題為“EN105：面向無線交換器和無線傳感器網絡的超低功率 （微瓦） 能量收集”，報告中寫道，2009 年超低功率能量收集器件的全球市場估計為 7950 萬美元。iRAP進一步估計，在 2014 年該市場將達到 12.5 億美元，平均年增長率 （AAGR） 為 73.6%。

　　因此，我們認為，在該領域或可再生能源及能量收集領域，滿足特定解決方案需求的產品有非常大的市場。這就是凌力爾特公司投入時間和資源開發特定產品的原因，這些產品具備合適功能，能實現今天切實可行且經濟實惠的解決方案。

　　“綠色”電源的商機

　　2012 年，任何以“綠色”能源或能量收集為目標的產品都將有增長機會。能源成本和對環境的擔憂以及延長移動設備電池壽命的需求都導致人們專注于針對廣泛的應用實現電源優化。我們的高能效產品使客戶能以更高的效率轉換能量、消耗更低的功耗并延長電池壽命。

　　隨著消費者尋找可降低能耗和可在戶外度過更長時間的途徑，太陽能供電的便攜式電子設備市場持續增長。由于太陽能電源易變且不可靠，所以幾乎所有太陽能供電的設備都具備可再充電電池。顯然，人們的目標是，抽取盡可能多的太陽能，以給這類電池快速充電，并保持他們的充電狀態。

　　然而，太陽能電池本身是低效率器件，不過它們確實有一個最大輸出功率點，因此在這一點上工作是一個顯然的設計目標。問題是，最大輸出功率的 I - V 特性隨照明度而變。單晶太陽能電池的輸出電流與照明強度成正比，而其在最大功率輸出點上的電壓是相對恒定的。就給定照明強度而言，最大功率輸出發生在每條曲線的拐點處，在這一點上，電池從恒定電壓器件轉變為恒定電流器件。因此，當照明度不能滿足充電器的滿功率需求時，從太陽能電池板高效率地抽取能量的充電器設計必須能控制太陽能電池板的輸出電壓，使其達到最大功率點電壓。

　　“綠色電源”不僅限于通過能量收集產生能量，它同時還能用較少的能量完成同樣的功能。一個已產生重要影響的領域是數字系統電源管理。如果數字電源設計正確，那么它就能降低數據中心功耗、加快產品上市、擁有卓越的穩定性和瞬態響應并提高系統的總體可靠性，例如在網絡設備中。

　　網絡設備的系統設計師不得不提高系統的數據吞吐量和性能，并增加功能。同時，他們還面臨著降低系統總體功耗的壓力。數據中心中的挑戰是，通過重新調整工作流并將作業轉移到未充分利用的服務器上，使其他服務器能停機，以此來降低總體功耗。為了滿足這些要求，知道最終用戶設備的功耗是必需的。正確設計的數字電源管理系統能為用戶提供功耗數據，從而允許做出智能能源管理決策。

　　此外，數字電源系統管理的一個主要好處是降低設計成本，并加快產品上市。復雜的多軌系統可以利用一個綜合性和具備直覺式圖形用戶界面 （GUI） 的開發環境，高效率地開發出來。這類系統可通過 GUI 而不是焊接到“白色導線”定位點來進行更改，因此還能簡化在線測試 （ICT） 和電路板調試。另一個好處是，由于可以使用實時遙測數據，所以有可能預測電源系統故障并采取預防性措施。也許最重要的是，具備數字管理功能的 DC/DC 轉換器允許設計師開發“綠色”電源系統，這類系統能在負載點、電路板、機架甚至安裝階段以最低能耗滿足目標性能 （計算速度、數據速率等） 要求，從而在產品的壽命期內，降低了基礎設施成本和總體擁有成本。

　　凌力爾特公司的 LTC3880 是一款雙輸出同步降壓型 DC/DC 電流模式控制器，具備集成的功率 FET 柵極驅動器和可通過 I2C PMBus 使用的全面電源管理功能。該產品的精確基準和溫度補償電流模式模擬控制環路提供 ±0.5% 的 DC 準確度，非常容易的補償 （已校準以不受工作條件影響）、逐周期限流、快速和準確的均流、以及電壓與負載瞬態響應，而且沒有任何在其他運用“數字”控制的產品中發現、與 ADC 量化有關的誤差。LTC3880 包括一個 16 位數據采集系統，該系統提供輸入和輸出電壓及電流、占空比以及溫度的數字回讀。該器件還提供通過中斷標記啟動的故障記錄功能以及“黑匣子”記錄器，該記錄器存儲發生故障前轉換器的工作狀態。凌力爾特公司的 LTpowerPlay? 開發軟件和 GUI 接口方便了多軌系統的開發。

　　能量收集能提供多大的功率？

　　最先進和現成有售的能量收集產品 （例如在振動能量收集和室內光伏電池領域） 在典型工作條件下產生的功率為毫瓦量級。盡管這種量級的功率也許看似有限，但是多年來能量收集組件的運行可能意味著，就能源供應和每單位能量成本兩方面而言，這類產品與長壽命的主電池是大致相當的。此外，采用能量收集技術的系統一般將能在電量耗盡之后再充電，而一些由主電池供電的系統是不可能做到的。

　　環境能源包括光、熱差、振動波束、發送的 RF 信號、或僅是其他任何可通過換能器產生電荷的能源。下表 2 說明了可從不同能源產生多少能量。

　　表 2：能源及其能產生的能量

　　在大量應用中，這樣的能量值就系統部署而言是有意義的。以下僅舉出幾個應用例子：

　　1） 飛機腐蝕傳感器

　　2） 自動調光窗

　　3） 橋梁監視器

　　4） 樓宇自動化

　　5） 電量表

　　6） 氣體傳感器

　　7） 健康監視器

　　8） HVAC 控制

　　9） 電燈開關

　　10） 遠程管道監視器

　　11） 手表

　　12） 水表

　　結論

　　能量收集作為可替代能源用在“綠色電源”中的商機很多。這類商機的一個很好的例子是太陽能供電的電子設備市場。隨著企業尋找降低能耗的途徑，該市場持續增長。例如，看一下智能電表。智能電表部署在智能電網上，希望由環境能源供電，以降低系統運行的能源成本。一種可行和豐富的能源是太陽能。不過，因為太陽能易變且不可靠，所以幾乎所有太陽能供電的設備都具備可再充電電池。因此，一個重要的目標是，抽取盡可能多的太陽能，以給這些電池快速充電，并保持它們的充電狀態，當太陽能不可用時，就將電池作為能源使用。

　　反過來，如果智能電表將電池作為主要能源，那么電源轉換及管理電子產品在備用模式時就必須有非常低的靜態電流，以延長電池壽命。幸運的是，凌力爾特公司提供種類繁多的 IC，這些 IC 的靜態電流值在典型情況下低于 25μA。