到处都可以使用的“绿色电源”

　　在我们周围有大量环境能源，传统的能量收集方法一直是通过太阳能电池板和风力发电机。不过，新的能量收集工具允许我们利用种类繁多的环境能源产生电能。此外，重要的不是电路的能量转换效率，可用来给电路供电的“平均收集多少才是更重要。例如，热电发生器将热量转换成电，压电组件转换机械振动，光伏组件转换太阳光 (或任何光源)，通过化学作用产生电流的组件转换潮气的能量。这使给远程传感器供电或者给电容器或薄膜电池等存储器件充电成为可能，因此微处理器或发送器可以无需本地电源，而从远程地点供电。

　　这又为凌力尔特的能量收集产品用作潜在的解决方案创造了机会。下表 1 说明了我们在这一领域提供的产品。

　　表 1 中列出的每一种产品都有特定的功能和性能标准，这使每一种产品都可以根据环境能源的类型，成为切实可行的最佳解决方案。概括而言，这些包括：

　　能源法规、运营成本上升和越来越多的“绿色”运动驱动着接受面向能量收集应用的无线传感器网络 (WSN)。尽管以前的 WSN 产品 (工业机械、农业、结构健康监测等) 留下了一个四分五裂的市场，但是为采用 IP 平台统一传感器网络的跨行业努力正在进行中，以简化开发、吸引新的厂商进入市场并鼓励创新。

　　：WSN 还可能指的是无线传感器节点，因此 WSN 究竟指的是单个还是多个配置，就视上下文而定。

　　WSN 是一种突破性技术，可降低多达 80% 的安装费用，并支持种类繁多和有线网络不可能支持的应用，使建筑物更环保、更智能。由于几乎在任何地方都有可能安装传感器，所以任何规模的建筑物都可以优化其能耗、改善安全性并降低运营费用。请注意：在建筑物中，HVAC 使用了三份之二现已安装的 WSN，其次是照明和门禁控制。据预测，未来 5 年内，将安装 1500 万个无线传感器节点 (数据来源：ON World Inc.)，这些传感器节点将需要由电池或环境能源供电，也有可能由二者组合供电。

　　iRAP 公司最近公布的一份研究报告对上述增长预测提供了支持，该报告题为“EN105：面向无线交换器和无线传感器网络的超低功率 (微瓦) 能量收集”，报告中写道，2009 年超低功率能量收集器件的全球市场估计为 7950 万美元。iRAP进一步估计，在 2014 年该市场将达到 12.5 亿美元，平均年增长率 (AAGR) 为 73.6%。

　　因此，我们认为，在该领域或可再生能源及能量收集领域，满足特定解决方案需求的产品有非常大的市场。这就是凌力尔特公司投入时间和资源开发特定产品的原因，这些产品具备合适功能，能实现今天切实可行且经济实惠的解决方案。

　　2012 年，任何以“绿色”能源或能量收集为目标的产品都将有增长机会。能源成本和对环境的担忧以及延长移动设备电池寿命的需求都导致人们专注于针对广泛的应用实现电源优化。我们的高能效产品使客户能以更高的效率转换能量、消耗更低的功耗并延长电池寿命。

　　随着消费者寻找可降低能耗和可在户外度过更长时间的途径，太阳能供电的便携式电子设备市场持续增长。由于太阳能电源易变且不可靠，所以几乎所有太阳能供电的设备都具备可再充电电池。显然，人们的目标是，抽取尽可能多的太阳能，以给这类电池快速充电，并保持他们的充电状态。

　　然而，太阳能电池本身是低效率器件，不过它们确实有一个最大输出功率点，因此在这一点上工作是一个显然的设计目标。问题是，最大输出功率的 I - V 特性随照明度而变。单晶太阳能电池的输出电流与照明强度成正比，而其在最大功率输出点上的电压是相对恒定的。就给定照明强度而言，最大功率输出发生在每条曲线的拐点处，在这一点上，电池从恒定电压器件转变为恒定电流器件。因此，当照明度不能满足充电器的满功率需求时，从太阳能电池板高效率地抽取能量的充电器设计必须能控制太阳能电池板的输出电压，使其达到最大功率点电压。

　　“绿色电源”不仅限于通过能量收集产生能量，它同时还能用较少的能量完成同样的功能。一个已产生重要影响的领域是数字系统电源管理。如果数字电源设计正确，那么它就能降低数据中心功耗、加快产品上市、拥有卓越的稳定性和瞬态响应并提高系统的总体可靠性，例如在网络设备中。

　　网络设备的系统设计师不得不提高系统的数据吞吐量和性能，并增加功能。同时，他们还面临着降低系统总体功耗的压力。数据中心中的挑战是，通过重新调整工作流并将作业转移到未充分利用的服务器上，使其他服务器能停机，以此来降低总体功耗。为了满足这些要求，知道最终用户设备的功耗是必需的。正确设计的数字电源管理系统能为用户提供功耗数据，从而允许做出智能能源管理决策。

　　此外，数字电源系统管理的一个主要好处是降低设计成本，并加快产品上市。复杂的多轨系统可以利用一个综合性和具备直觉式图形用户界面 (GUI) 的开发环境，高效率地开发出来。这类系统可通过 GUI 而不是焊接到“白色导线”定位点来进行更改，因此还能简化在线测试 (ICT) 和电路板调试。另一个好处是，由于可以使用实时遥测数据，所以有可能预测电源系统故障并采取预防性措施。也许最重要的是，具备数字管理功能的 DC/DC 转换器允许设计师开发“绿色”电源系统，这类系统能在负载点、电路板、机架甚至安装阶段以最低能耗满足目标性能 (计算速度、数据速率等) 要求，从而在产品的寿命期内，降低了基础设施成本和总体拥有成本。

　　凌力尔特公司的 LTC3880 是一款双输出同步降压型 DC/DC 电流模式控制器，具备集成的功率 FET 栅极驱动器和可通过 I

　　C PMBus 使用的全面电源管理功能。该产品的精确基准和温度补偿电流模式模拟控制环路提供 ±0.5% 的 DC 准确度，非常容易的补偿 (已校准以不受工作条件影响)、逐周期限流、快速和准确的均流、以及电压与负载瞬态响应，而且没有任何在其他运用“数字”控制的产品中发现、与 ADC 量化有关的误差。LTC3880 包括一个 16 位数据采集系统，该系统提供输入和输出电压及电流、占空比以及温度的数字回读。该器件还提供通过中断标记启动的故障记录功能以及“黑匣子”记录器，该记录器存储发生故障前转换器的工作状态。凌力尔特公司的 LTpowerPlay™ 开发软件和 GUI 接口方便了多轨系统的开发。

　　最先进和现成有售的能量收集产品 (例如在振动能量收集和室内光伏电池领域) 在典型工作条件下产生的功率为毫瓦量级。尽管这种量级的功率也许看似有限，但是多年来能量收集组件的运行可能意味着，就能源供应和每单位能量成本两方面而言，这类产品与长寿命的主电池是大致相当的。此外，采用能量收集技术的系统一般将能在电量耗尽之后再充电，而一些由主电池供电的系统是不可能做到的。

　　环境能源包括光、热差、振动波束、发送的 RF 信号、或仅是其他任何可通过换能器产生电荷的能源。下表 2 说明了可从不同能源产生多少能量。

　　能量收集作为可替代能源用在“绿色电源”中的商机很多。这类商机的一个很好的例子是太阳能供电的电子设备市场。随着企业寻找降低能耗的途径，该市场持续增长。例如，看一下智能电表。智能电表部署在智能电网上，希望由环境能源供电，以降低系统运行的能源成本。一种可行和丰富的能源是太阳能。不过，因为太阳能易变且不可靠，所以几乎所有太阳能供电的设备都具备可再充电电池。因此，一个重要的目标是，抽取尽可能多的太阳能，以给这些电池快速充电，并保持它们的充电状态，当太阳能不可用时，就将电池作为能源使用。

　　反过来，如果智能电表将电池作为主要能源，那么电源转换及管理电子产品在备用模式时就必须有非常低的静态电流，以延长电池寿命。幸运的是，凌力尔特公司提供种类繁多的 IC，这些 IC 的静态电流值在典型情况下低于 25µA。

　　一个由电池供电的便携式无线设备存在着很多系统设计师必须克服的关键问题。最重要的问题之一是如何让热量从设备中散出，因为这类设备通常没有用于冷却目的的风扇。结果，可能用于这类设备中的电源转换和管理IC必须是高热效率的，因为电源转换效率不佳的主要副产品就是热量。这种热量是在能量输送过程中由稳压器内损失的功率所产生。此外，在很多便携式设备内部，用于冷却目的的空气流动有限，而且散热器由于自身尺寸和设备内可用空间而受到限制，因此器件密集排列的印刷电路板必须处理这种热量。不过，这种热量转化成产品内部工作(环境)温度的上升，这可能对长期可靠性产生有害影响。一个DC/DC转换器的转换效率可以用输出功率除以输入功率来计算，或者换一种说法，是负载功率除以

　　超级电容和电荷泵LM2788及太阳能电池板为核心器件，设计出一款绿色电源，应用在石英钟上，取代传统的干电池。经过3年时间的试用，实用性和可靠性得到了验证。 电池跟我们的生活和工作息息相关，比如家庭和办公场所用的石英钟(指针式)一般多以5号电池作为电源。据有关资料统计，中国电池年产量约150亿枚，是世界生产大国，年消费量约50亿枚，也是世界消费大国，并且有日益增加的趋势。多年来数量庞大的废旧电池，在我国几乎都随垃圾一起丢弃，处理方式要么焚烧、要么填埋。 大家都知道对自然环境威胁最大的五种金属是铬、镉、铜、铅、汞，电池就占了其中的汞、铅、镉三种。若焚烧，污染了大气；若填埋，污染了土壤，对农作物有害；污染了水源对水生物(鱼虾等)

　　一、引言图1所示的模拟电源解决方案是一种众所周知和经过实践检验的技术，功率电子工程师在时域中理解起来毫不费力。模拟PWM控制器包括一个误差放大器，用一些电阻和电容构成补偿网络。通过对电阻和电容值进行微调可实现最佳性能。模拟PWM控制器提供快速和准确控制，人们开发了许多先进的模拟控制方案来实现最佳性能，特别是在瞬态要求非常严格的微处理器核心电源应用中，其针对核心及外设电源应用的简单性、易用性和低成本是无可替代的。图1，模拟电源框图。最近，数字电源在计算机应用领域受到重视。图2侦测所示的数字电源解决方案通过数字化所侦测的电压和电流信息以及以数字形式（频域）重建补偿器和PWM比较器来仿真模拟控制环路模块。要想实现与模拟

　　管理 /

　　早期的开关电源由于技术不太成熟、器件性能的局限性，一些参数做得不太好像EMC难过关、待机功耗较大、效率不太高等。电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility)，是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。各种运行的电力设备之间以电磁传导、电磁感应和电磁辐射三种方式彼此关联并相互影响，在一定的条件下会对运行的设备和人员造成干扰、影响和危害。20世纪80年代兴起的电磁兼容E

　　的设计要点 /

　　早期的开关电源由于技术不太成熟、器件性能的局限性，一些参数做得不太好像EMC难过关、待机功耗较大、效率不太高等。电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility)，是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。各种运行的电力设备之间以电磁传导、电磁感应和电磁辐射三种方式彼此关联并相互影响，在一定的条件下会对运行的设备和人员造成干扰、影响和危害。20世纪80年代兴起

　　的设计要点 /

　　一、前言近年来，国家在“信息化带动产业化”及“节能减排低碳经济”的方针指引下，我国各企事业单位的信息化建设步伐大大加快，这使得UPS的市场需求量逐年快速增长。随着节能减排的政策要求UPS技术的迅猛发展，UPS技术本身也在不断的进步着。目前广泛应用的传统型UPS存在着诸多的问题，主要表现在：1.运行效率低下，普遍轻载效率低于80%。2.采用工频变压器等元件将消耗大量的钢材和铜，成本高、体积笨重。3.普遍采用了不控或相控整流器，其输入功率因数随负载的降低而降低，并产生大量的谐波电流注入电网。4.可用性差，单机不能冗余运行，可靠性低，故障率高，维护难及初期投资成本大。当前UPS存在的问题，向UPS厂商提出了更高的要求。目前，电源领域的专家

　　技术 /

　　设计 target=_blank

　　的设计要点 target=_blank

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　　设计[安森美] target=_blank

　　有奖报名｜TI MSPM0 在【电力输送和工厂自动化与控制系统】、【家用电器和电机控制】中的典型应用

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