无线传感器节点(WSN)基本上是一个独立的体系,它由一些换能器组成,能将环境动力转化成电信号,这以后跟着的通常是DC/DC转化器和管理器,以经过适宜的电压和电流给下流电子组件供电。下流电子组件包含微操控器、传感器和收发器。
在完成WSN时,需求考虑的一个问题是:运转这个WSN需求多少功率?从概念上看,这似乎是一个适当简略的问题,但是实际上,由于遭到若干要素的影响,这是一个有点难以答复的问题。例如,需求距离多长时刻获取一次读数?或许,更重要的是,数据包多大?需求传送多远? 这是由于,获取一次传感器读数,体系所用能量约有50%是收发器消耗掉的。有若干种要素影响WSN能量搜集体系的功耗特性。
当然,能量搜集电源供应的能量多少取决于电源作业多久。因而,比较能量搜集电源的首要衡量标准是功率密度,而不是能量密度。能量搜集体系的可用功率一般很低,随时改变且不行猜测,因而常常选用连接到搜集器和辅佐电力贮存器的混合架构。搜集器(由于能量供应不受约束和功率缺乏)是体系的动力。辅佐电能贮存器 (电池或电容器) 发生更大的输出功率但贮存较少的能量,在需求时供电,除此之外定时接纳来自搜集器的电荷。因而,在没有可从其搜集能量的环境动力时,有必要用辅佐电能贮存器给WSN供电。当然,从体系规划师的视点来看,这进一步增加了复杂性,由于他们现在有必要考虑,有必要在辅佐电能贮存器中贮存多少能量,才干补偿环境动力的缺乏。终究需求贮存多少能量,取决于几个要素,包含:
(1) 环境动力不存在的时刻。
(2) WSN占空比(即读取数据和发送数据的频度)。
(3) 辅佐电能贮存器(电容器、超级电容器或电池)的尺度和类型。
(4) 环境动力是否满足? 即既能充任主动力,又有满足的充裕能量给辅佐电能贮存器充电,以当环境动力在某些规则时刻内不行用时,给体系供电。
环境动力包含光、热差、振荡波束、发送的RF信号或许其他任何可以经过换能器发生电荷的动力。以下表1说明晰不同动力可以发生的能量巨细。
表1:动力及其发生的能量巨细
一个毫微功率 IC 处理方案
明显,WSN 可获得的能量很低。这又意味着,该体系中所用组件有必要可以应对这种低功率状况。虽然收发器和微操控器现已处理了这个问题,但是在电源转化方面依然存在空白。不过,凌力尔特推出的LTC3388-1/LTC3388-3可以专门应对这种需求。这是一款20V输入、同步降压型转化器,可供应高达50mA的接连输出电流,选用3mmx3mm(或MSOP10-E)封装,参见图1所示原理图。该器材在2.7V至20V的输入电压范围内作业,适用于多种能量搜集和电池供电使用,包含 “坚持有用” 的电源和工业操控电源。
图1:LTC3388-1/LTC3388-3典型使用原理图
LTC3388-1/LTC3388-3运用迟滞同步整流办法,以在很宽的负载电流范围内优化功率。该器材在15uA至50mA负载范围内可供应超越90%的功率,且仅需求400nA静态电流,然后使其可以延伸电池寿数。该器材仅需求5个外部组件,可为品种繁复的低功率使用组成十分简略和占板面积很紧凑的处理方案。
别的,该器材还供应精确的欠压闭锁(ULVO)功用,以在输入电压降至低于2.3V时制止转化器,然后将静态电流降至仅为400nA.一旦进入安稳状况(无负载时),LTC3388-1/LTC3388-3就进入休眠形式,以最大极限地下降静态电流,使其到达仅为720nA.然后,该降压型转化器按需接通和断开,以坚持输出安稳。当输出在持续时刻很短的负载 (例如无线调制解调器,这类负载要求低纹波) 状况下处于安稳状况时,另一种备用形式制止切换。这种高功率、低静态电流规划适用于能量搜集等多种使用,这类使用需求长充电周期,一起以短突发负载为传感器和无线调制解调器供电。
定论
在需求转化毫微安电流的较低功率状况下,电源转化%&&&&&%的挑选就变得有限。而LTC3388-1/LTC3388-3单片降压型转化器的极低静态电流使该器材十分适用于低功率使用。低于1?A的静态电流可为便携式电子产品中 “坚持有用” 的电路延伸电池寿数,完成了WSN等全新一代能量搜集使用。