Schaltungen zur Energieernte aus piezoelektrischen und thermischen Quellen entwickeln

Anbieter zum Thema

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Wirkungsweise und Aufbau der Energy-Harvesting-Schaltung

Der LTC3109 nutzt eine „Systemebenen“-Methode. Er kann von einer Quelle mit geringer Spannung hochfahren und die Energie zwischen mehreren Ausgängen managen.

Die an der Sekundärwicklung des Transformators erzeugte Wechselspannung wird mit einem externen Ladungspumpen-Kondensator (von der Sekundärwicklung auf Pin C1A oder C1B) und internen Gleichrichtern verstärkt und gleichgerichtet. Diese Gleichrichterschaltung speist Strom in den VAUX-Pin, wodurch Ladung zuerst zum externen VAUX-Kondensator fließt und dann an die anderen Ausgänge.

Der interne 2,2-V-LDO kann einen verlustleistungsarmen Prozessor oder weitere verlustleistungsarme ICs versorgen. Dieser LDO wird von VAUX oder VOUT versorgt, je nachdem, wo der höhere Wert anliegt. Damit kann er aktiv werden, sobald VAUX auf 2,3 V liegt, während der VOUT-Speicherkondensator noch geladen wird.

Bei einer Last am LDO-Ausgang kann Strom vom Haupt-VOUT-Kondensator fließen, wenn VAUX unter VOUT abfällt. Der LDO-Ausgang kann maximal bis zu 5 mA Strom liefern.

Die Hauptausgangsspannung an VOUT wird aus der VAUX-Versorgung geladen und lässt sich mit den Spannungswähl-Pins VS1 und VS2 vom Anwender auf eine von vier geregelten Spannungen programmieren. Die vier festen Spannungen sind:

• 2,35 V für Superkondensatoren,

• 3,3 V für Standardkondensatoren, HF- oder Sensorschaltungen,

• 4,1 V für Lithium-Ionen-Batterien und

• 5 V für die Speicherung höherer Energien

• sowie zum Generieren einer Haupt-Systemversorgung, mit der ein Funksender oder Sensoren versorgt werden.

Auf dieser Grundlage werden externe Widerständen mit Werten von mehreren Megaohm nicht benötigt. Spezielle Leiterplattenbeschichtungen, die die Leckströme minimieren, können ebenfalls entfallen.

Ein zweiter Ausgang, VOUT2, kann vom Host-Prozesor über den VOUT2_EN-Pin ein- und ausgeschaltet werden. Wenn er aktiv ist, ist VOUT2 mit VOUT über einen P-Kanal-MOSFET verbunden.

Dieser Ausgang lässt sich verwenden, um externe Schaltungen zu versorgen, wie zum Beispiel Sensoren oder Verstärker, die keine Strom sparenden Schlaf- oder Abschaltfunktionen haben.

Sichere Versorgung bei Störfällen

Der Kondensator VSTORE kann sehr hoch ausgelegt werden (bis in den Farad-Bereich), um Betriebsstörungen zu vermeiden, wenn die Eingangsversorgung ausgefallen ist. Ist die Einschaltsequenz hochgefahren, sind Haupt-, Backup- und geschalteten Ausgänge verfügbar.

Fällt die Eingangsleistung aus, kann der Betrieb dennoch weitergehen, da die Versorgung jetzt aus dem Kondensator VSTORE erfolgt. Der Ausgang VSTORE kann dazu benutzt werden, einen großen Speicherkondensator oder einen Akku zu laden.

(ID:26806170)