一种无线传感器的能量收集的实现
来源： 作者： 发布时间：2015-03-18 10:07:36 浏览量：
图7：LTC3108的输入电阻与VIN的关系曲线(采用1:100匝数比)
由于转换器的输入电阻相当低，因此无论负载大小如何它都将从电源吸收电流。以图8所示为例：当采用一个100mV输入时，转换器从电源吸收约37mA的电流。不可把该输入电流误当作IC本身所需的为其内部电路供电的6μA静态电流(取自VAUX)。当在极低电压条件下启动或依靠一个存储电容器来工作时，低静态电流的意义最为重大。
图8：LTC3108的输入电流与VIN的关系曲线(采用1:100匝数比)6 选择用于发电的TEG
大多数热电模块制造商均未提供有关输出电压或输出功率与温差之间关系的数据，而这恰恰是热能收集器设计人员塑封电感器所希望了解的。始终提供的两个参数是VMAX和IMAX，即某个特定模块的最大工作电压和最大工作电流(当在某种加热/冷却应用中处于驱动状态时)。
在选择针对发电用途的热电模块时，上佳的经验法则是在给定的尺寸下选择具有最大(VMAX°IMAX)乘积的模块。这通常将提供最高的TEG输出电压和最低的源电阻。对此经验法则有一条附加说明，这就是散热器的尺寸必须根据TEG的尺寸来确定。较大的TEG需要大一些的散热器来实现最佳的性能。需要注意的是，制造商如果提供了电阻参数的话，那么指的是AC电阻，这是因为它无法使用DC电流以传统的方式来测量(DC电流会引发Seebeck电压，从而产生错误的电阻读数)。图9是一幅曲线图，给出了采用13种不同的TEG时(固定ΔT=5°C)LTC3108的功率输出与每塑封电感器个模块的(VMAX°IMAX)乘积的关系曲线。由图可见，当VI乘积较高时，LTC3108提供的输出功率通常也较高。
图9：LTC3108输出功率与具有不同V和I乘积的TEG关系曲线
图10示出了一个边长30mm的方形TEG在1°C至20°C的&Delsmd功率电感器ta;T范围内输出电压及最大输出功率能力。在该ΔT范围内，输出功率从几百μW到几十mW不等。需要指出的是：该功率曲线是在假设拥有理想的负载匹配且无转换损耗的情况下得出的。最后，在利用LTC3108提升至一个较高电压之后可获得的输出功率将由于功率转换损耗的原因而低于图中示出的数值。LTC3108的产品手册中给出了几幅在多种不同工作条件下可提供输出功率的曲线图。
图10：典型TEG的开路电压及最大功率输出
就给定应用而言，所需要的TEG尺寸取决于可用的最小ΔT、负载所需的最大平均功率、以及用于将TEG的一端保持于环境温度的散热器的热阻。LTC3108的最大功率输出位于15°W/K-cm2至30°W/K-cm2之间，具体数值取决于所选择的变压器匝数比和特定的TEG。表1罗列了一些推荐使用的TEG器件型号。
表1:推荐使用的TEG器件
7 需要考虑的热量问题
当把一个TEG置于两个处于不同温度的面之间时，在加入TEG之前的“开路”温差高于TEG放置到位时其上的温差。这是由于TEG本身在其陶瓷板之间具有一个相当低的热阻(通常为1°C/W至10°C/W)所致。
考虑如下的例子，一部大型机器在周围环境温度为25°C以及表面温度为35°C的情况下工作。当将一个TEG连接到这台机器时，必须同时在TEG温度较低(环境温度)的一端加上一个散热器，否则整个TEG将升温至接近35°C，从而消除掉所有的温差。需要牢记一点：电输出功率正是产生自流过TEG的热量。
在该例中，散热器和TEG的热阻确定了总温差(ΔT)的哪一部分存在于TEG的两端。该系统的简单热模型示于图11。假定热源(RS)的热阻可忽略不计，如果TEG的热阻(RTEG)为2°C/W，散热器的热阻为8°C/W，那么落在TEG上的ΔT仅为2°C。在TEG上的温度只有区区几°C的情况下，其输出电压很低，此时LTC3108能够依靠超低输入电压工作的重要性就凸显出来了。
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