面向无线传感器的坚固型能量收集系统设计(2)

放电-发送 （Discharging-Sending）

降压型稳压器的静态电流较高，这是因为它必须更加频繁地开关以从 7.5V 与 9.2V 进行调节。在 78？A 静态电流条件下，如果没有收集能量，则电池的放电时间大约为 115 小时。这表明电池的电荷存储容量 >8.95mAh.这些电池在全新时所存储的电荷可比额定值高出 12%.

一个更为严重的问题是：当电池完全放电时会发生什么？假如在电池的充电状态 （State 2.7V 或 3.2V，以保证在断接电路投入使用之后电池中可保留一些能量。

仅仅停止发送器的运作或将负载断接将无法起到保护电池的作用，因为 LTC4071 吸收约 600nA 的静态电流。虽然这一静态电流非常之低，但包括 LTC3588-1 在内的总负载则接近 2？A.一个完全放电的电池在其电压下降至足以损坏电池之前将只能提供约 100uA 的电流。

需要一个断接电路，以确保电池在一段合理的时间里不至于发生放电。LTC4071 提供了一个内部低电池电量断接电路。经测量，在室温条件下，该断接电路在启动时将产生 <2nA 的电池负载。这一漏电流通常受 PCB 漏电流的支配。当电池漏电流仅为 2nA 时，在其受损之前，电池可在断接状态中工作 50，000 小时。

3：采用电池欠压断接时的放电情况

测量结果

4：电池断接恢复充电

放电-发送

我们给出了当由电池来提供所有系统能量时 （PFCB-W14 压电式传感器未提供任何能量） 两个电池 BAT1、BAT2 的电压以及 VBUCK 随时间变化的情况。

电池缓慢放电直到 BAT2 触发 LTC4071 的 LBO 门限为止，随后断接电路启动并使 BAT2 与所有的电路 （U5 除外） 断接。这将导致 LTC3588 的 VIN 引脚电压降至稳压器的 UVLO 以下，而稳压器将关断。

BAT1上的负载是 LTC4071 和 LTC3588 的 2？A 静态电流。这个小负载使 BAT1 缓慢地放电，直到 LTC4071 的低电池电量断接功能电路启动为止，BAT1 随即被断接。

充电-发送

当 PFCB-W14 再次开始向系统输送功率时，VIN 将上升至 7V，从而给 LTC4071 中断接 FET 的体二极管施加正向偏置。这将对电池充电，直至达到重接门限为止，进而允许重新连接电池 BAT1 和 BAT2.观察图 4 可以发现，这将表现为 VIN 上的电压迅速下降至电池组电压。

由于 VIN 上的电压现为 VBAT1 + VBAT2 + （180？A x 15k） = 6.2V，因此 LTC3588 上的降压型稳压器将重新起动，并可再次提供 3.3V 电压。

结论

只需借助少量易于使用的组件，即可构建一种适合无线传感器-发送器的完整和紧凑型能量收集电源子系统。在此特殊的系统中，由一个压电式传感器提供间歇式电源，而两个电池则负责存储能量以供传感器-发送器之用。一个集成型断接开关用于保护电池免遭过度放电的损坏。

该系统能够在 75 小时内完成电池的满充电，即使以 0.5% 的占空比运作传感器-发送器的情况下也不例外。

在 PFCB-W15 停止供电之后，电池将允许系统以 0.5% 的占空比持续运作传感器-发送器达 115 小时。如果需要较长的电池工作时间，则可降低传感器-发送器占空比以满足这一要求。