專業(yè)的PMIC滿足能量收集需求

需要有效的電源管理需要的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的環(huán)境資源不規(guī)則的能量輸出的能量收集應(yīng)用程序特定的緊迫性。因此，電源管理IC（PMIC的）在管理收獲能量輸出和提供電壓和電流要求的水平的重要作用。對于被控建筑能量采集設(shè)計(jì)，集成的電源管理功能，可往往意味著相對簡單的增加可以從制造商，包括在其他模擬器件，Intersil公司，凌力爾特，德州儀器，專業(yè)化的PMIC工程師。

能量收集可提供功率的幾乎永久源，但變化從環(huán)境來源能量需要小心管理的電壓和電流輸送到負(fù)載。同時(shí)，在電子產(chǎn)品中使用的傳統(tǒng)的PMIC提供一套廣泛的功能，通常不需要簡單的能量采集設(shè)計(jì)是和會增加不必要的負(fù)擔(dān)已緊張的功耗預(yù)算。

能量采集的PMIC并不比它們的通用同行不太復(fù)雜的設(shè)備，但是這些設(shè)備的設(shè)計(jì)，以提供一組所需的這些應(yīng)用的功能更有限。不像在更傳統(tǒng)的應(yīng)用程序中的電源管理要求，能源采集PMIC的，至少，需要從非常低的能源，管理電力和可用的水準(zhǔn)，從而穩(wěn)定電壓的能力。由于能源的波動(dòng)會導(dǎo)致功率電平下降到低于可用的水平，這些設(shè)備通常還需要提供“電源就緒”的信號，表明當(dāng)穩(wěn)壓輸出超過某一最小閾值。除了這些基本功能，PMIC的用于能量采集的設(shè)計(jì)提出了一套專門的特性和功能調(diào)整，以這些應(yīng)用程序。

雖然設(shè)計(jì)為靶向能量采集應(yīng)用中，德州儀器TPS65290是一個(gè)多模PMIC不僅能夠在能量收集而且其他的低功耗設(shè)計(jì)（圖1）的尋址范圍廣泛的功率管理要求。其片上特性使該器件能支持廣泛的系統(tǒng)負(fù)載情況，從一個(gè)微安的分?jǐn)?shù)到幾百毫安。片上功能包括一個(gè)非常低的靜態(tài)電流始終保持接通電源，具有500 mA降壓/升壓轉(zhuǎn)換器，150 mA的低壓降穩(wěn)壓器，和八個(gè)配電開關(guān)。其集成的可編程輸入電壓監(jiān)視通過允許沒有主機(jī)處理器的介入連接不同的電源塊和開關(guān)和斷開支持能量采集的設(shè)計(jì)，尤其如此。此外，TPS65290集成電阻分壓器，I2C上拉電阻，SPI下拉電阻，升壓/降壓補(bǔ)償，并且產(chǎn)生一個(gè)中斷拉電阻。因此，工程師通常只需要添加少量的外部電容器和電感器提供能量收集應(yīng)用提供一個(gè)全面的多軌道的解決方案。

德州儀器TPS65290圖片

圖1：專業(yè)的PMIC如德州儀器TPS65290提供的功能集，旨在滿足對電源管理的要求沒有進(jìn)一步的負(fù)擔(dān)過重緊的功率預(yù)算的超低功耗能源采集設(shè)計(jì)。 （德州儀器提供）

設(shè)計(jì)人員還可以找到許多內(nèi)置專門提供設(shè)備能力和更具體的能量采集源需求之間的緊密匹配的PMIC的。例如，Intersil的ISL1801是專為太陽能能量收集，并能夠在降壓，升壓或降壓 - 升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行操作，以最大限度地利用太陽能電池陣列的輸出能量。在它的電源管理功能，該P(yáng)MIC集成了兩個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器，VR1和VR2（圖2）。能夠被直接連接到輸入電壓高達(dá)90伏，VR1提供穩(wěn)定的電壓VR2，這又可以用來提供一個(gè)調(diào)節(jié)電壓供應(yīng)MCU或其他外部電路。它的電源良好信號（PGOOD2）表示VR2輸出電壓所需的操作水平之內(nèi)。

Intersil的ISL1801的圖像

圖2：更專門的PMIC，如Intersil的ISL1801，著眼于匹配到特定能量采集應(yīng)用如太陽能電池陣列的功率管理功能。 （Intersil公司提供）

雖然諸如TI的TPS65290與Intersil的ISL1801設(shè)備為能量收集提供的專用電源管理支持，設(shè)計(jì)人員還可以找到嵌入專門的能量收集IC，例如凌力爾特的LTC3108和LTC3588-2，其中包括先進(jìn)的電源管理功能。

凌力爾特LTC3108的電源管理是基于升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使裝置收集能量來源低至20毫伏。隨著一個(gè)2.2 V LDO輸出供電的外部MCU中，LTC3108的主要調(diào)節(jié)的輸出是用戶可編程的，以4個(gè)固定電壓之一，以權(quán)力的其他應(yīng)用電路。正如在這個(gè)類中大多數(shù)設(shè)備中，LTC3108提供一個(gè)電源良好指示信號主輸出電壓范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

其他能量收集設(shè)備，如線性技術(shù)LTC3588-2擴(kuò)展這些功能，結(jié)合的電源管理功能與需要充分收獲交流輸出由壓電元件產(chǎn)生的功率調(diào)節(jié)功能。凌力爾特LTC3588-2用一個(gè)高效率降壓轉(zhuǎn)換器（圖3）集成了一個(gè)全波橋式整流器提供這些更廣泛的功能。隨著片上參考和欠壓鎖定（UVLO）功能，該LTC3588-2集成一個(gè)比較器產(chǎn)生一個(gè)電源良好信號時(shí)，該設(shè)備達(dá)到由工程師編程的具體輸出電壓電平。

凌力爾特LTC3588-2圖片

圖3：更專業(yè)的能量采集裝置同時(shí)結(jié)合了電源管理和功率調(diào)節(jié)功能，如全波橋式整流器集成在凌力爾特LTC3588-2。 （凌力爾特公司提供）

光伏電池生產(chǎn)他們的最佳的功率輸出在一個(gè)特定的點(diǎn)叫上自己的IV曲線的最大功率點(diǎn)（MPP）。制造商提供了一個(gè)額外的類能量收集器IC，包括處理這些額外的電源管理要求所需的能力。例如，所述的凌力爾特LTC3105集成維持從上述用戶可編程的MPP控制閾光伏電池的輸入電源電壓的MPP控制器。該器件采用專有技術(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)峰值電流限制，以保持在操作，最大限度地從源頭上輸出功率電平。

德州儀器（TI）設(shè)計(jì)了SM72442控制器的SM72295全橋驅(qū)動(dòng)器工作，以從太陽能電池板優(yōu)化能源收獲。集成到SM72442控制器，最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）算法監(jiān)視輸入電流和電壓，并控制PWM占空比以保持以最大化來自光伏模塊的輸出能量所需要的MPP設(shè)定點(diǎn)。以保持工作在MPP，該設(shè)備使用它的片上8通道，12位模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），以感測輸入和輸出電壓和電流。

最后，生產(chǎn)廠家解決許多專門的能量收集應(yīng)用程序需要的電池管理。面臨著在周圍的能量或峰值電流需求的大范圍波動(dòng)，工程師常常需要補(bǔ)充能量采集的設(shè)計(jì)與能量儲存裝置，如超級電容器或可再充電的鋰離子電池。設(shè)備，如ADI公司的ADP5090，凌特LTC3331和德州儀器BQ25505集成的能量收集，電源管理，并且需要在這些應(yīng)用中的電池管理功能的全面補(bǔ)充。例如，ADI公司的ADP5090提供一個(gè)集成的電源路徑管理控制模塊可以自動(dòng)切換從能量采集電路，充電電池，甚至是原電池（圖4）電源。

ADI公司ADP5090圖片

圖4：設(shè)備，例如ADI公司的ADP5090結(jié)合能量收集，電源管理和電池充電功能，簡化電池備份環(huán)境中的供電設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)。 （ADI公司提供）

結(jié)論

在能量采集設(shè)計(jì)，電源管理在提供穩(wěn)壓電源，盡管波動(dòng)的環(huán)境，能源特別重要的作用。雖然專業(yè)的PMIC提供的功能調(diào)整為能量采集的設(shè)計(jì)，許多專用的能量收集IC包括集成的電源管理功能作為其功能的一部分。使用這些能量收集的PMIC和專用集成電路，工程師可以容易地與另外的部件的最少數(shù)量的增加相對復(fù)雜的功率管理功能。