探索DC2509A多源能量收集演示板：低功耗無線應(yīng)用的理想之選

在低功耗無線應(yīng)用領(lǐng)域，能量供應(yīng)一直是關(guān)鍵問題。今天，我們將深入探討Linear Technology的DC2509A多源能量收集演示板，它為無線傳感器節(jié)點等低功耗設(shè)備提供了一種高效、靈活的供電解決方案。

文件下載：DC2509A.pdf

一、DC2509A概述

DC2509A是一款多功能能量收集演示板，能夠接收太陽能、熱能和壓電能量源，或者任何高阻抗交流或直流電源。它包含四個獨立的電源電路，由以下能量收集IC組成：

1. LTC3106：300 mA低電壓升降壓轉(zhuǎn)換器，具有PowerPath?和1.5μA靜態(tài)電流。
2. LTC3107：超低電壓能量收集器和主電池壽命延長器。
3. LTC3330：納功率升降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，帶有能量收集電池壽命延長器。
4. LTC3331：納功率升降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，帶有能量收集電池充電器。
5. LTC2935 - 2：超低功耗監(jiān)控器，具有電源故障輸出和可選閾值。

該板設(shè)計用于連接DC2321A Dust mote無線傳感器節(jié)點演示板，可監(jiān)控電池和每個IC的狀態(tài)信號。

二、規(guī)格參數(shù)

1. 各IC參數(shù)

2. 電池參數(shù)

3. 存儲參數(shù)

注1：由于LTC3107的輸出電壓取決于電池電壓，如果主電池電壓低于3.08V，VOUT_LTC3107將過低，無法達到默認的2.85V接地開關(guān)閾值?？蓞⒖糒TC2935 - 2電源開關(guān)電路部分修改閾值或更換電池。 注2：如果副電池電壓低于LTC3331的默認3.03V BAT_IN連接閾值，則無法內(nèi)部連接到IC作為備用電源。如果有能量收集電源，電池仍可在此狀態(tài)下充電。也可根據(jù)表格13更改連接閾值或更換電池。

三、快速啟動步驟

1. 初始設(shè)置

2. 測試步驟

1. 此配置確保LTC3330的輸出路由到EHVCC。連接VM1測量EHVCC輸出電壓，連接PS1和R1模擬太陽能電源。
2. 從PS1輸出功率，觀察VM1上的電壓上升到或調(diào)節(jié)到3.3V。
3. 連接VM2和LOAD1，將PS1置于待機模式，觀察VM1和VM2上的電壓開始下降。當(dāng)VM1上的電壓降至2.25V以下時，觀察VM2上的電壓迅速降至0V。
4. 從PS1輸出功率，觀察VM2上的電壓隨著VM1上升超過2.85V而迅速上升到VM1上的電壓。
5. 將PS1置于待機模式，然后將SW7設(shè)置為“ON”，安裝JP7將主電池連接到LTC3330。觀察兩個電壓表上的電壓迅速上升到3.3V并調(diào)節(jié)。
6. 從PS1輸出功率，觀察IC從使用電池電源切換到通過其能量收集輸入使用PS1的功率時，輸出電壓沒有變化。

3. 更換配置

1. 根據(jù)圖6重新配置電路板：
   • 將分流器從JP3移到JP2，將LTC3107的輸出路由到負載。將分流器從JP7移到JP6，用主電池為LTC3107供電。
   • 將VM2的正極引線移到JP6上的分流器，測量主電池的電壓。將負極引線移到BGND。
   • 將PS2和R2連接到LTC3107的輸入，模擬TEG電源。
2. 觀察VM1和VM2上的電壓。VM1上的電壓應(yīng)比VM2上的電壓低約230mV。
3. 從PS2輸出功率，觀察LTC3107通過其能量收集輸入為負載供電時，VM1上的電壓上升到比VM2上的電壓低30mV。
4. 將PS2置于待機模式，觀察LTC3107從其備用電池為負載供電時，VM1上的電壓降至比VM2上的電壓低約230mV。

四、操作概述

DC2509A的主要功能是為低功耗無線應(yīng)用（如無線傳感器節(jié)點）提供不間斷的電源，盡可能多地利用收集到的能量，以延長主電池或副電池的使用壽命。

1. 能量收集與存儲

能量收集輸入炮塔允許將收集到的能量路由到每個IC的輸入，電池作為備用電源。當(dāng)來自換能器的能量足以驅(qū)動負載時，電池可以充電或不使用。四個能量收集IC在這些電源之間切換，利用所有可用的收集能量和必要的備用能量來保持穩(wěn)定的輸出。 超級電容和一組陶瓷電容可以連接到電路板的輸出，以存儲能量、平滑輸出并為負載提供大電流脈沖，確保在無線傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸?shù)让}沖負載期間電源不間斷。

2. 電壓監(jiān)控與切換

LTC2935 - 2低功耗管理IC監(jiān)控輸出電壓，并切換接頭（HGND）上的接地，使其連接到DC2509A其余部分的接地參考（BGND）。這完成了電路，確保負載獲得快速上升的電源，并確保能量存儲在負載開始取電之前能夠為所需應(yīng)用收集足夠的能量。

3. 與DC2321A的配合

對于DC2321A演示應(yīng)用，DC2509A還通過輸出接頭傳遞緩沖后的IC狀態(tài)信號。兩個電池也可以通過DC2321A上的庫侖計數(shù)器路由回DC2509A為IC供電，從而可以監(jiān)控電池的電壓、電流和電荷。

五、應(yīng)用與配置

1. 跳線功能

2. 開關(guān)功能

3. 炮塔功能

• EHVCC (E1, E2)：所有活動能量收集器電源管理電路的穩(wěn)壓輸出，參考BGND。當(dāng)EHVCC參考HGND時，它是一個開關(guān)輸出，通過接頭J1為負載供電。
• BGND (E3, E4, E10, E12)：電路板接地，是DC2509A的接地參考。除接頭外，板上所有部件的參考均為BGND。當(dāng)EHVCC相對于BGND的電壓達到LTC2935 - 2的上升復(fù)位閾值時，BGND和HGND（接頭接地）通過Q3連接；當(dāng)EHVCC降至下降復(fù)位閾值時，它們斷開連接。
• HGND (E5, E6)：接頭接地，是通過輸出接頭連接到DC2509A的任何負載的接地參考。HGND是開關(guān)接地，確保負載呈現(xiàn)快速上升的電壓。
• EH_ON (E7)：使用JP17選擇的IC的能量收集開啟輸出信號。高EH_ON信號通常表示IC依靠收集的能量而不是電池能量。
• PGOOD (E8)：使用JP18選擇的IC的電源良好輸出。PGOOD變?yōu)楦唠娖奖硎綱OUT已達到穩(wěn)壓。
• VIN_LTC3106 [330mV to 5.0V] (E9)：LTC3106的外部能量收集器輸入。
• VIN_LTC3107 [30mV to 500mV] (E11)：LTC3107的外部能量收集器輸入。
• AC1_LTC3330 [4V to 19V] (E13)：LTC3330的AC1外部能量收集器輸入。
• AC2_LTC3330 [4V to 19V] (E14)：LTC3330的AC2外部能量收集器輸入。
• AC1_LTC3331 [4V to 19V] (E15)：LTC3331的AC1外部能量收集器輸入。
• **AC2_LTC33