为能量采集系统选择恰当的电源管理策略

电池管理电路

在能量采集系统中，能量缓冲器用于存储从能量采集器获得的间歇能量。然后再用这种存储的能量给系统供电。这种架构允许整个系统即使在能量是间歇获得的条件下也能连续工作。常用的能量缓冲器包括，采用不同化学物质的可充电电池以及超级电容。电池管理电路有两大功能：首先，它能监视能量缓冲器上的电压，并确保这个电压在由欠压(UV)和过压(OV)门限值确定的安全工作范围内；其次，它能监视能量缓冲器的容量，并向负载指示执行有用工作的可用能量。

容量测量可以用简单技术完成，例如监测能量缓冲器上的电压，或使用燃料测定技术，这种技术可测量电池输出和吸收的电压与电流。在使用简单的电压技术提供能量缓冲器遗留容量指示的情况下，可以实现被称为电能良好级别的用户可编程中间电压值。

电池管理部分的设计考虑要素取决于使用的能量缓冲器。对于可充电电池而言，0V和UV门限基于电池化学成份。对超级电容来说，OV和UV门限则取决于IC的绝对最大额定值，以及电容的绝对最大额定值中较低的值。使用针对能量缓冲器的最优设置参数，可以最大限度延长系统寿命。

电池管理部分的另外一个设计考虑因素是，电池管理部分消耗的静态电流。电池管理模块中的电路包括参考基准、比较器和数字逻辑等构建模块。这些电路消耗的电流必须最小化。这是因为电池管理部分使用的任何能量都会泄漏电池能量，这部分能量是无法提供给外部负载的。

冷启动

冷启动单元是一种可选模块，可能出现在典型的能量采集PMIC中，也可能不出现。冷启动单元的功能是当存储单元中存储的能量不够时进行系统引导。

冷启动单元的设计与具体应用有很大关系。对于太阳能应用来说，可以使用输入供电(相对于电池供电)的振荡器，来驱动暂时低效率的开关转换器的开关。一旦能量缓冲器中建立起了足够的能量，高效率的开关转换器就可以接管了。

对于热电式发电机而言，冷启动单元可以使用变压器耦合式振荡器拓扑实现，或使用系统的机械运动实现。这种模块的设计考虑因素包括最小启动电压、启动功率、峰值浪涌电流和启动所需的时间。

稳压器

稳压器的功能是从电池提供稳定的电压。这个模块的拓扑取决于电池、系统负载要求和静态电流。

本文小结

本文讨论了为直流能量采集应用设计，以及选择电源管理IC时要考虑的关键因素，包括针对每个IC构建模块的设计考虑要点。用于能量采集的PMIC，可以将某些或全部功能都集成在单个IC上。PMIC的选择取决于能量采集源、能量缓冲器和系统负载。