采用超低電壓轉(zhuǎn)換器改善從熱電能源的能量收集
圖 2：針對單極輸出操作的 LTC3109 原理圖
熱電發(fā)生器
熱電發(fā)生器其實就是熱電模塊，它利用塞貝克 (Seebeck) 效應將設(shè)備上的溫度差 (以及由于溫度差所導致流過設(shè)備的熱量) 轉(zhuǎn)換為電壓。這一現(xiàn)象的逆過程 (被稱為帕爾帖 [Peltier] 效應) 則是通過施加電壓而產(chǎn)生溫差，并為熱電冷卻器 (TEC) 所慣用。輸出電壓的極性取決于 TEG 兩端溫度差的極性。如果 TEG 的熱端和冷端掉換過來，那么輸出電壓就將改變極性。
TEG 由采用電串聯(lián)連接并夾在兩塊導熱陶瓷板之間的 N 型摻雜和 P 型摻雜半導體芯片對或偶所構(gòu)成。最常用的半導體材料是碲化鉍 (Bi2Te3)。圖 3 示出了 TEG 的機械構(gòu)造。
圖 3：TEG 的典型機械構(gòu)造
對于一個給定的 ΔT (與塞貝克系數(shù)成比例)，TEG 將產(chǎn)生多大的電壓受控于諸多的變量。其輸出電壓為每 K 溫差 10mV 至 50mV (取決于電偶的數(shù)目)，并具有大約 0.5Ω 至 5Ω 的源電阻。一般而言，對于給定的 ΔT，TEG 所擁有的串聯(lián)電偶越多，其輸出電壓就越高。然而，增加電偶的數(shù)目也會增加 TEG 的串聯(lián)電阻，從而導致在加載時產(chǎn)生較大的電壓降。制造商可以通過調(diào)整個別半導體芯片的尺寸和設(shè)計對此進行補償，以在保持低電阻的同時仍然提供較高的輸出電壓。TEG 的熱阻則是在選擇 TEG 以及使其與散熱器匹配時所需考慮的另一個因素。
結(jié)論
憑借其可在低至 ±30mV 的輸入電壓下運作之獨特能力，LTC3109 提供了一款簡單和高效的電源管理解決方案，其實現(xiàn)的熱能收集可用于從常見的熱電器件來給無線傳感器和其他的低功率應用供電。該產(chǎn)品采用 20 引腳 QFN 封裝或 SSOP 封裝，可提供前所未有的低電壓能力和很高的集成度，以最大限度地縮減解決方案的占板面積。LTC3109 可與現(xiàn)有的低功率構(gòu)件無縫連接，以支持自主型無線傳感器并延長關(guān)鍵型電池后備應用中的電池壽命。
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