超低压转换器推动热电源能量收集的发展

　　一旦 VOUT 充电到稳定状态，那么收集的电流就转而进入 VSTORE 引脚，以给可选的大型存储电容器或可再充电电池充电。如果能量收集电源处于间歇状态，那么这种存储单元可用来保持稳定或给系统供电。VAUX 引脚上的并联稳压器防止 VSTORE 充电至高于 5.3V。运用一个典型的 40mm2 TEG，LTC3109 可以用低至 2°C 的 ∆T 工作，从而使该器件适用于种类繁多的能量收集应用。较大的 ∆T 使 LTC3109 能提供更大的平均输出电流。该转换器的输出电流随 VIN 变化的曲线如图 3 所示，这条曲线说明 LTC3109 用任一极性的输入电压都能同样良好地发挥作用。

　　图 3：LTC3109 输出电流随输入电压的变化

　　TRANSFORMERS：变压器

热电发生器

　　热电发生器 (TEG) 其实就是热电模块，它利用塞贝克 (Seebeck) 效应将设备上的温差 (以及由于温差所导致的流过设备的热量) 转换为电压。这一现象的逆过程 (被称为帕尔帖 [Peltier] 效应) 则是通过施加电压而产生温差，并为热电冷却器 (TEC) 所惯用。输出电压的极性取决于 TEG 两端温差的极性。如果 TEG 的热端和冷端掉换过来，那么输出电压就将改变极性。

　　TEG 由采用电串联连接并夹在两块导热陶瓷板之间的N型掺杂和P型掺杂半导体芯片对或偶所构成。最常用的半导体材料是碲化铋 (Bi2Te3)。图 4 示出了 TEG 的机械构造。

　　图 4：TEG 的典型机械构造

　　CERAMIC SUBSTRATE：陶瓷基板

　　NEGATIVE -：负 (-)

　　CONDUCTOR TABS：导体接片

　　POSITIVE (+)：正 (+)

　　N-TYPE SEMICONDUCTOR PELLETS：N 型半导体芯片

　　P-TYPE SEMICONDUCTOR PELLETS：P 型半导体芯片

　　有些制造商将 TEG 与 TEC 区分开来。当作为 TEG 销售时，通常意味着用于装配模块内部电偶的焊料具有较高的熔点，故可在较高的温度和温差条件下工作，因而能够提供高于标准 TEC (其最大温度通常限制在 125°C) 的输出功率。大多数低功率能量收集应用不会遇到高温或高温差的情况。TEG 的尺寸和电气规格多种多样。大多数常见的模块都是方形的，每边的长度从10mm到50mm不等，厚度一般为2mm~5mm。

　　对于一个给定的 ΔT (与塞贝克系数成比例)，TEG 将产生多大的电压受控于诸多的变量。其输出电压为每 K 温差 10mV 至 50mV (取决于电偶的数目)，并具有 0.5Ω 至 10Ω 的源电阻。一般而言，对于给定的 ΔT，TEG 所拥有的串联电偶越多，其输出电压就越高。然而，增加电偶的数目同时也将增加 TEG 的串联电阻，从而导致在加载时产生较大的压降。制造商可以通过调整个别半导体芯片的尺寸和设计对此进行补偿，以在保持低电阻的同时仍然提供一个较高的输出电压。在选择 TEG 并使其与散热器相匹配的过程中，TEG 的热阻是另一个需要考虑的因素。

负载匹配

　　为了从任何电压源抽取最大功率，负载阻抗必须与电源的内阻匹配。图 5 所示的例子说明了这一点，在该例中，开路电压为 100mV、电源阻抗为 1Ω 或 3Ω 的电压源驱动一个负载电阻器。

　　图 5：电压电源驱动阻性负载的简化原理图

LOAD OR POWER CONVERTER：负载或电源转换器

　　图 6 显示了提供给负载的功率，该功率是负载电阻的函数。在每条曲线中都可以看到，当负载电阻与电源电阻匹配时，提供给负载的功率最大。

　　图 6：电源的输出功率是负载电阻的函数