从压电换能器为尘埃雾为雨

提高对工业环境（如工厂、工厂和炼油厂）的远程监测和控制水平，使工艺工程师和管理人员能够看到系统或工厂的整体健康状况，最终改善决策。增加监测和控制覆盖范围的最简单方法是使用Dust Networks SmartMesh无线传感器网络，该网络可以在远程环境中轻松安装。SmartMesh 传感器和控制器通常部署在没有现成电源连接的位置。因此，使用能量收集技术作为为这些传感器供电的来源是有吸引力的。®®

LTC®3330 是一款毫微功耗降压-升压型 DC/DC，采用能量收集电池寿命延长器技术，该技术可连接至压电换能器以提供能量为一个 Dust Networks 微尘供电。LTC3330 集成了一个高电压降压型能量收集电源和一个由原电池供电的降压升压型 DC/DC 转换器，以创建一个单输出始终接通电源，从而为远端 Dust mote 供电。

当振动能量可用时，LTC3330 将其用作电源，而不是电池。在振动能量不可用的短时间内，LTC3330 可对一个超级电容器进行充电和平衡，该超级电容器可调用以支持负载。LTC3330 的能量收集和超级电容器充电 / 平衡电路的组合可将原电池的使用寿命延长几个数量级，从而显著减少更换电池的维护费用 （节省的成本乘以安装的传感器 / 控制器的数量）。

LTC3330 与防尘器接口

图 1 示出了 LTC3330 具有一个输出超级电容器、一个连接了一个灰尘微尘、安装了一个电池并EH_ON连接到 OUT2。在此配置中，当EH_ON为低电平时，V外设置为 2.5V，当EH_ON为高电平时，V外设置为 3.6V。Midé V25W 压电换能器以机械方式连接到振动源，其电触点连接到 LTC3330 的 AC1 和 AC2 引脚。振动源产生 1gRMS在 60Hz 加速度下产生 10.6V 的开路电压峰.图2显示了从V25W压电传感器充电的输入电容。输入电容在 208ms 内从 4.48V 充电至 5.92V。V25W 提供的功率为 648μW。

图1.带有超级电容器、电池和连接到 OUT2 EH_ON的灰尘微尘设置

图2.Midé V25W 可在 208ms 内将 18μF 输入电容从 4.48V 充电至 5.92V

在施加的 5.0V 电压下，22μF 电容器的电流仅为 18μF，因此每个VIN_UVLO_RISING和 FALL 事件都会产生 26μC 的电荷，这些电荷可传输到输出端，减去 LTC3330 内降压型稳压器的效率 （90%）。图 3 显示了使用 Midé V25W 传感器将输出超级电容器充电至 3.6V 的过程。输出超级电容器充电至3.6V大约需要3300秒。

图3.Midé 25W 充电输出超级电容器至 3.6V

在图1中，当EH_ON为低电平时，V外设置为 2.5V，当EH_ON为高电平时，V外设置为 3.6V。图 4 中的第一个标记指示振动源的激活位置;V在高于VIN_UVLO_RISING阈值。EH_ON升高导致 V外升至 3.6V （V外从 2.5V 开始，因为电池已充电）。随着EH_ON变高，PGVOUT变低，因为新的V型外尚未达到3.6V的电平。作为 V 上的电荷在被转移到 V外， V在放电和当 V在达到其UVLO_FALLING阈值，EH_ON变低，导致目标 V外再次为2.5V。

图4.Midé 25W 充电输出超级电容器：2.5V 至 3.6V

假设输出电容非常大，并且平均负载小于Midé压电传感器提供的输入功率，输出电压在许多周期内增加到更高的设定点3.6V。在从 BAT 设定点 2.5V 过渡到 3.6V 能量收集器设定点期间，V外高于 2.5V PGVOUT 阈值，因此，每次 PGVOUT 变低时，PGVOUT 都会变高EH_ON。这个循环重复，直到V外达到 V 的 PGVOUT 阈值外设定为3.6V。

图5显示了V的放电外当振动源被移除并且 V在低于 UVLO_FALLING 阈值，导致EH_ON变低。V上的超级电容器外将放电至新的目标电压 2.5V，此时降压-升压稳压器将打开为尘尘供电。超级电容器在V上的放电外为振动源的短期损失提供能量源，并延长电池的使用寿命。

图5.振动源关闭时输出超级电容器放电

结论

LTC3330 提供了一个完整的解决方案，用于利用 Midé V25W 压电换能器和连接到 BAT 引脚的原电池从一个振动源为尘埃网络微尘供电。V25W 压电传感器支持振动源的输出功率要求，从而延长电池的使用寿命。当与连接到V的超级电容器结合使用时外，LTC3330 可实现更长的电池寿命，从而减少了更换电池的维护费用。

审核编辑：郭婷