在全球，我們的周圍存在大量的環(huán)境能源，傳統(tǒng)的能量收集方法已在太陽能板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用。但是，仍有新型收集工具可從大量環(huán)境來源生成電能。不僅如此，這其中的重點(diǎn)并不在于電路的能量轉(zhuǎn)換效率，而是更多地在于可為電路供電的“平均收集到的”能量總量。例如：熱電發(fā)生器可將熱量轉(zhuǎn)換為電力、壓電元件可轉(zhuǎn)換機(jī)械振動能、光伏元件用于轉(zhuǎn)換太陽光能（或任何光子源）、而流電元件則可從濕氣轉(zhuǎn)換出能量。這就有可能給遠(yuǎn)程傳感器供電，或者對電能存儲器件（例如：電容器或薄膜電池）進(jìn)行充電，這樣微處理器或發(fā)射器無需本地電源即可從遠(yuǎn)處獲得電能。

　　不過，由于這些能量處在功率譜的“低”端，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）和傳感器中的毫微功率轉(zhuǎn)換變得越來越普遍，需要功率轉(zhuǎn)換IC能夠工作非常低的功率和電流水平下。通常分別是幾十微瓦（μW）功率和幾十納安（nA）電流。但是，工作電流低于1μA的電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品（包括電池充電器）的供應(yīng)卻是極其有限。

　　一般地說，要想被上述這些應(yīng)用所接納和采用，電源轉(zhuǎn)換IC必需具備的性能特征包括：

　　低待機(jī)靜態(tài)電流–通常小于6μA，并可低至450nA

　　低啟動電壓–可低至20mV

　　高輸入電壓能力–高達(dá)34V（連續(xù)）和40V（瞬態(tài)）

　　能夠處理AC輸入

　　多路輸出能力和自主型系統(tǒng)電源管理

　　針對太陽能輸入的最大功率點(diǎn)控制最大功率（MPPC）功能

　　解決方案小巧緊湊、外部組件極少

　　WSN基本上屬于自足式系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的傳感器會將環(huán)境能量源轉(zhuǎn)換成電信號，隨后通常由DC/DC轉(zhuǎn)換器和管理器向下行電子元件供給合適的電壓和電流。下行電子元件包括一個(gè)微控制器、一個(gè)傳感器和一個(gè)收發(fā)器。

　　嘗試實(shí)現(xiàn)WSN時(shí)，要考慮的重要問題是：運(yùn)作它需要多少功率？從概念上講，此問題的答案貌似直觀明了；但實(shí)際上，由于存在多種因素，回答此問題頗有幾分難度。例如，需要多久獲取一次讀數(shù)？或者，再考慮兩個(gè)更重要的問題：數(shù)據(jù)包會有多大？傳送數(shù)據(jù)包需要多少功率？這是由于在系統(tǒng)用于單次傳感器讀數(shù)和數(shù)據(jù)包傳送上所耗的能量中，收發(fā)器的能耗約占50%。有若干因素會影響能量收集系統(tǒng)或WSN的功耗特性，這些都需要考慮進(jìn)來。

　　當(dāng)然，由環(huán)境收集源所提供的收集能量取決于電源工作多久。因此，比較能量回收源的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)是功率密度，而不是能量密度。能量收集系統(tǒng)的可用功率一般很低、隨時(shí)變化且不可預(yù)測，因而通常采用了一種與能量收集器和一個(gè)輔助電能儲存器相連的混合結(jié)構(gòu)。由于能量供應(yīng)無限但功率不足，因此收集器便成了系統(tǒng)的能量源。輔助電能儲存器（電池或電容器）可產(chǎn)生較高的輸出功率，但儲存的能量較少，它在需要的時(shí)候供電，其他情況下則定期接收來自收集器的電荷。所以，在沒有可供收集電力的環(huán)境能量時(shí)，必須采用輔助電能儲存器給WSN供電。當(dāng)然，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的角度來看，這進(jìn)一步增加了復(fù)雜性，因?yàn)樗麄儸F(xiàn)在不得不考慮：必須在輔助電能儲存器中儲存多少能量，才能補(bǔ)償環(huán)境能量源的不足。

　　可以明確的是，WSN可用時(shí)，必須使用極低的能量。反過來，這也意味著系統(tǒng)中所用的元器件必須要能夠處理這些低級別的功率。雖然一直以來，使用收發(fā)器和微控制器已能夠達(dá)到此要求，但在等式的功率轉(zhuǎn)換和電池充電一側(cè)卻仍然為空。不過，LinearTechnology專門開發(fā)的LTC3388-1/-3和LTC4071填補(bǔ)了這些空白。

　　LTC3388-1/-3是一款能接受20V輸入的同步降壓轉(zhuǎn)換器，可提供高達(dá)50mA的連續(xù)輸出電流，采用3mmx3mm（或MSOP10-E）封裝–見圖1。該器件在2.7V至20V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，因而非常適用于多種能量收集和電池供電型應(yīng)用，包括“持續(xù)運(yùn)作”電路、傳感器和工業(yè)控制電源。

　　LTC3388-1/-3運(yùn)用遲滯同步整流方法優(yōu)化了寬負(fù)載電流范圍的效率。它在15μA至50mA負(fù)載范圍內(nèi)可提供超過90%的效率，且僅需400nA的靜態(tài)電流，從而使其能夠在采用電池作為輔助電源的場合延長電池壽命。

　　LTC3388-1/-3具有準(zhǔn)確的欠壓閉鎖（UVLO）保護(hù)功能，可在輸入電壓降至低于2.3V時(shí)停用轉(zhuǎn)換器，從而將靜態(tài)電流減小至僅為400nA。一旦處于穩(wěn)壓狀態(tài)（無負(fù)載時(shí)），LTC3388-1/-3將進(jìn)入休眠模式，以最大限度地降低靜態(tài)電流至僅為720nA。然后，該降壓轉(zhuǎn)換器按需接通和斷開，以保持輸出調(diào)節(jié)狀態(tài)。當(dāng)輸出處于針對短期負(fù)載（如要求低紋波的無線調(diào)制解調(diào)器負(fù)載）的調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)，還提供附加待機(jī)模式來禁止切換。這種高效率、低靜態(tài)電流設(shè)計(jì)非常適合能量收集應(yīng)用。此類應(yīng)用需要長充電周期，同時(shí)以短猝發(fā)負(fù)載為傳感器和無線調(diào)制解調(diào)器供電。

　　電池常常用作WSN中的輔助備用電源；然而，所面臨的設(shè)計(jì)難題在于怎樣利用低功耗電源對其進(jìn)行充電，這并不是個(gè)簡單的問題。Linear的LTC4071是一款并聯(lián)電池充電器系統(tǒng)，具有集成型電池組保護(hù)和低電池電量斷開功能，可保護(hù)低容量電池不會因自放電而受損。它是一款即簡單又復(fù)雜的的充電器和保護(hù)器，適用于鋰離子/鋰聚合物電池。其超低的550nA工作電流使之能夠采用以前不能用的極低電流、間歇或連續(xù)充電來源（如能量收集應(yīng)用提供的來源）來充電。電池內(nèi)熱調(diào)節(jié)器可降低浮充電壓，以在電池溫度升高時(shí)保護(hù)鋰離子/鋰聚合物電池、鈕扣電池或薄膜電池。LTC4071采用扁平8引腳2mmx3mmDFN封裝，提供的是一款完整和超緊湊的充電器解決方案，只需單個(gè)外部電阻器與輸入電壓串聯(lián)。

　　盡管便攜式應(yīng)用和能量收集系統(tǒng)正常工作時(shí)功率級別差異很大（從數(shù)微瓦至1W以上），但仍有很多功率轉(zhuǎn)換IC可供系統(tǒng)設(shè)計(jì)師選擇。不過，處于功率范圍的較低端，功率低至毫微功耗級別時(shí)，選擇就變得有限了。

　　幸運(yùn)的是，目前已經(jīng)有了可供設(shè)計(jì)師選擇的功率轉(zhuǎn)換和電池充電解決方案，其低于1μA的靜態(tài)電流可延長低功率傳感器以及新一代WSN中持續(xù)運(yùn)作電路的電池壽命。