丈量和操控所需的超低功率无线传感器用量的激增、再加上新式能量搜集技能的运用，使得能够制作出由部分环境能量而非电池供电的全自主型体系。
在替换或保护电池不方便、贵重或风险时，这显然是有优点的。由搜集能量供电的传感器节点能够在楼宇主动化、无线 / 主动丈量、前瞻性保护、和其他许多工业、军事、轿车和消费类运用中运用。能量搜集的优点是清楚明了的，可是有用的能量搜集体系需求智能电源办理电路，以将微量免费能量转换成无线传感器体系可运用的方式。
归根到底是占空比问题
许多无线传感器体系耗费十分低的均匀功率，然后成为由搜集的能量供电的首要目标。由于传感器节点常常用来监督缓慢改动的物理量，所以能够不常常进行丈量，也不需求常常发送丈量数据，因而传感器节点是以十分低的占空比作业的，相应地，均匀功率需求也很小。例如，假如一个传感器体系在作业时需求 3.3V/30mA （100mW），可是每 10s 仅有 10ms 时刻在作业，那么所需均匀功率仅为 0.1mW，假定在传送突发的距离期间不作业时，传感器体系电流降至数 uA。
电源办理：迄今为止在能量搜会集依然缺失的一环
仅耗费 uW 功率的微处理器和模仿传感器以及小型、低本钱、低功率 RF 收发器得到了广泛选用。在完成实践的能量搜集体系时，缺失的一环始终是能够靠一个或多个常见免费动力作业的电源转换器 / 电源办理构件。LTC3108 能在输入电压低至 20mV 时发动，为热能搜集补上了缺失的这一环。LTC3108 选用 3mm x 4mm x 0.75mm 12 引脚 DFN 或 16 引脚 SSOP 封装，为用热电发生器 （TEG）、以低至 1°C 的温度差 （∆T） 给无线传感器供电供给了一个紧凑、简略和高度集成的电源办理解决方案。
参见图 1，LTC3108 用一个小的升压型变压器和一个内部 MOSFET 构成一个谐振振荡器。变压器的升压比为 1:100 时，该转换器能以低至 20mV 的输入电压发动。变压器的次级绕组向充电泵和整流器电路馈送电压，然后给该 IC 供电，并给输出电容器充电。2.2V LDO 的输出规划成首要进入安稳状况，以赶快给微处理器供电。然后，给主输出电容器充电至由 VS1 和 VS2 引脚设定的电压 （2.35V、3.3V、4.1V 或 5.0V），以给传感器、模仿电路或 RF 收发器供电。当无线传感器作业并发送数据因而出现低占空比负载脉冲时，VOUT 存储电容器供给所需的突发能量。还供给一个开关输出 （VOUT2），以给没有停机或休眠形式的电路供电。电源杰出输出提示主机，主输出电压挨近其安稳值了。一旦 VOUT 进入安稳状况，那么所搜集的电流就被导向 VSTORE 引脚，以给可选存储电容器或可再充电电池充电。假如能量搜集电源是间歇性的，那么这个存储组件就可用来给体系供电。还有一个 LTC3108-1 版别的器材，除了供给一套不同的可选输出电压 （2.5V、3.0V、3.7V 或 4.5V） 以外，与 LTC3108 完全相同。
图 1：LTC3108 方框图
热电发生器的根本原理
热电发生器 （TEG） 其实便是逆向作业的热电冷却器 （TEC）。热电发生器运用席贝克效应 （Seebeck Effect） 将设备 （经过该设备发生热量活动） 上的温度差转换成电压。输出电压的起伏和极性取决于 TEG 上温度差的起伏和极性。假如 TEG 的热端和冷端掉换过来，那么输出电压就改动极性。TEG 能够用一个受温度影响的电压源模型加一个串联电阻 （规定为 AC 电阻） 来代表。
TEG 的尺度和电气规范多种多样。大多数模组都是方形的，每边的长度从 10mm 至 50mm 不等，规范厚度为 2mm 至 5mm。它们的开路输出电压视尺度不同而不同，规模为 10mV/K 至 50mV/K。一般来说，关于给定的 ∆T，较大的模组可供给较大的 VOUT，可是有更高的 AC 阻抗和更低的热阻。就给定运用而言，所需求的 TEG 巨细取决于可用的 ∆T、负载需求的最大均匀功率、以及用来冷却 TEG 一侧的散热器热阻。
为了从 TEG 抽取可获得的最大功率，转换器输入阻抗有必要相关于 TEG AC 电阻供给合理的负载匹配。LTC3108 转换器出现约 2.5Ω 的输入阻抗，这刚好在大多数 TEG AC 电阻 （0.5Ω 至 7.5Ω） 规模的中心。
需求考虑的热量问题
当在一个温暖的外表放置 TEG 以搜集能量时，有必要给 TEG 温度较低的一侧添加散热器，以答应热量传送到周围空气中。由于散热器的热阻，在 TEG 上出现的 ∆T 将低于温暖外表和环境之间的温度差，由于 TEG 具有相对较低的热阻 （典型状况下在 1°C/W 至 20°C/W 规模内）。
参见图 2 所示的简略热模型，考虑如下比如，一个大型机器在周围环境温度为 25°C、外表温度为 35°C 的状况下作业。将一个 TEG 衔接到这台机器上，一起在 TEG 温度较低 （环境温度） 的一侧加上一个散热器。
图 2：TEG 和散热器简略的热模型
散热器和 TEG 的热阻确认了 10oC总温差 （∆T） 的哪一部分存在于 TEG 的两头。假定热源 （RS） 的热阻可忽略不计，假如 TEG 的热阻 （RTEG） 为 4°C/W，散热器的热阻 （RHS） 也为 4°C/W，那么落在 TEG 上的 ∆T 仅为 5°C。
由于较大的 TEG 外表积增大了，所以大型 TEG 比小型 TEG 热阻低，因而需求较大的散热器才有利。在遭到尺度或本钱约束而有必要运用相对较小的散热器的运用中，较小的 TEG 或许比大型 TEG 供给更多的输出功率。热阻等于或小于 TEG 热阻的散热器可最大极限地进步 TEG 上的温度差，因而能最大极限地进步电输出。
脉冲负载运用规划比如
由 TEG 供电的典型无线传感器运用如图 3 所示。在这个比如中，TEG 上至罕见 4°C 的温差可用，因而挑选 1:50 的变压器升压比，以完成最高的输出功率。
图 3：无线传感器运用比如
LTC3108 供给一个典型的无线传感器所需的多个输出。2.2V LDO 输出给微处理器供电，而 VOUT 使用 VS1 和 VS2 引脚设定到 3.3V，以给 RF 发送器供电。开关 VOUT （VOUT2） 由微处理器操控，以仅在需求时给 3.3V 传感器供电。当 VOUT 到达安稳值的 93% 时，PGOOD 输出向微处理器宣布指示信号。为了在输入电压不存在时坚持作业，在后台从 VSTORE 引脚给 0.1F 存储电容器充电。这个电容器能够充电至高达 VAUX 并联稳压器的 5.25V 箝位电压。假如失掉输入电压源，那么就主动由存储电容器供给能量，以给该 IC 供电，并坚持 VLDO 和 VOUT 的安稳。
依据以下公式确认 COUT 存储电容器的巨细，以在 10ms 的继续时刻内支撑 15mA 的总负载脉冲，然后在负载脉冲期间答应 VOUT 有 0.33V 的下降。请注意，IPULSE 包含 VLDO 和 VOUT2 以及 VOUT 上的负载，但充电电流未包含在内，由于与负载比较，它或许十分小。
考虑到这些要求，C有必要至少为 454µF，因而挑选了一个 470µF 的电容器。
选用所示 TEG （以及巨细适宜的散热器），在 ∆T 为 5°K 时作业，那么 LTC3108 在 3.3V 时供给的均匀充电电流约为 560µA。用这些数据，咱们能够核算出，初次给 VOUT 存储电容器充电需求花多长时刻，以及该电路能以多大频度发送脉冲。假定充电阶段 VLDO 和 VOUT 上的负载十分小，那么 VOUT 开始的充电时刻为：
假定发送脉冲之间的负载电流十分小，那么一种简略估量最大发送速率的办法是，用从 LTC3108 可获得的均匀输出功率 （在本例状况下为 3.3V • 560µA = 1.85mW） 除以脉冲期间所需功率 （在本例状况下为 3.3V • 15mA = 49.5mW）。搜集器能够支撑的最大占空比为 1.85mW/49.5mW = 0.037 或 3.7%。因而最大脉冲发送速率为 0.01/0.037 = 0.27 秒或约为 3.7Hz。
请注意，假如均匀负载电流 （如发送速率所决议的那样） 是搜集器所能支撑的最大电流，那么会没有剩下的搜集能量给存储电容器充电。因而，在这个比如中，发送速率设定为 2Hz，然后留出简直一半的可用能量给存储电容器充电。VSTORE 电容器供给的存储时刻使用以下公式核算：
上述核算包含 LTC3108 所需的 6uA 静态电流，并且假定发送脉冲之间的负载极小。一旦存储电容器到达满充电状况，它就能以 2Hz 的发送速率支撑负载 637 秒，或支撑一共 1274 个发送脉冲。
热量搜集运用需求主动极性
有些热量搜集运用 （如无线 HVAC 传感器或地热供电的传感器） 要求电源办理器不只能以十分低的输入电压作业，并且能以任一极性作业，由于 TEG 上的 ∆T 的极性或许改动。
LTC3109 是专一合适战胜这种应战的器材。LTC3109 运用两个具 1:100 升压比的变压器，能以低至 ±30mV 的输入电压作业。LTC3109 与 LTC3108 的功用相同，包含一个 LDO、一个数字可编程的输出电压、一个电源杰出输出、一个开关输出和一个能量存储输出。LTC3109 选用 4mm x 4mm 20 引脚 QFN 和 20 引脚 SSOP 封装。图 4 显现了 LTC3109 在主动极性运用中的一个典型比如。如图 5 所示，该转换器的输出电流随 VIN 改动的曲线阐明，该器材在任一极性的输入电压时，都能相同杰出地作业。
图 4：主动极性运用比如
图 5：图 4 中转换器的输出电流随 VIN 改动的曲线
定论
LTC3108 和 LTC3109 能独特别在输入电压低至 20mV 时作业，或许以十分低的任一极性电压作业，供给了简略和有用的电源办理解决方案，能完成热能搜集，可用常见热电器材为无线传感器和其他低功率运用供电。这些产品选用 12 引脚 DFN 或 16 引脚 SSOP 封装 （LTC3108 和 LTC3108-1） 和 20 引脚 QFN 或 SSOP 封装 （LTC3109），供给了史无前例的低压才能和高集成度，可最大极限地减小解决方案占板面积。LTC3108、LTC3108-1 和 LTC3109 供给了与现有低功率根本构件无缝衔接所需的一切输出，以支撑自主型无线传感器运用。
