德州仪器新一代能量采集技术，面向低功耗应用

近年来伴随着能源危机这一意识的汹涌来袭，从各国政府到普通民众对如何开源节流珍惜和充分利用现有能源都更加关注，因此也创造了众多的商机，而其中能量采集的概念也被越来越多的提及。其实能量采集技术早在20多年前就已有之，只是因为早期半导体技术和电子技术的发展局限其应用比较有限，而我们看到随着越来越多的半导体厂商开始投入到这一技术领域的产品研发，尤其是无线传感网络以及先进电源管理技术的发展，能量采集的应用市场正在加速成长，目前已扩展到包括家用设备、可植入设备、石油钻塔、管道、工业以及汽车等众多领域。

通常一款能量采集产品的能量源主要包括光、电磁频率、振动和热量，而随着能量源的能量数量级的不同，对采集系统的设计难度也提出了不同的挑战，通常太阳能等光源是相对数量级最高的能量来源，而射频等电磁频率则是非常微量的能量源，采集难度可想而知。正是半导体技术的发展让这些能量的采集成为可能。

能量采集技术的典型应用

近日，德州仪器就推出了面向能量采集应用的5款新产品，包括业界首款集成了稳压器的毫微功率级升压充电器bq25570、低功耗升压充电器bq25505，以及超低功耗降压DC/DC转换器TPS62740、TPS62737、TPS62736。来自德州仪器的电池管理市场及应用经理文司华也和与非网记者深入交流了这些新产品的技术和应用特性。

光能量采集应用的挑战
在交流中，文司华一再强调，这几款新产品的特点是能够高效的进行能量提取，以微电源为输入能源的电源管理集成芯片方案，里面包括微瓦级及毫瓦级芯片，实现能量获取并带有输出稳压电源的芯片，同时还具有超低功耗特性。而这几款产品面向的是那些低数据速率的，低占空比的应用，即对功耗要求苛刻的场景，如一些便携设备、远程监控等，主要针对的是以太阳能为主的光能量采集应用。

文司华提到，目前实际应用中太阳能是相对比较实用的，也是功率相对较大的能量源。而其中的挑战在于，一般的DC/DC转换器输入电压都在几伏，输入电流1A以内，但很少能做到50mA以下，电压能做到1.8V以下的都比较少，一般都在3V或2.5V以上。而能量采集应用中，如1000μW，所能提供的电压通常很低，可能低于1V，电流通常为mA级或μA级，怎样将输入的微电源采集起来是最大的难点。

要克服这一难点，要求电源管理芯片的自耗电电流非常小，同时又要保证高能效，这需要芯片的拓扑结构的优化设计。

业界领先的高集成度解决方案为应用提供产品支持
让我们具体来看下这几款新产品的优势所在。

bq25570结构框图

文司华介绍，bq25570为业内首款集成稳压器的毫微功率级升压充电器，其特点包括：

1、工作电压最低达120mV，工作电压范围0.12V~3V。
2、可生成高精度的稳定电压，器件内集成了稳压器。

bq25570的设计难度在于，此前的解决方案是将稳压器放在客户端或输出端，功耗就很难控制。bq25570在同一颗芯片中集成了稳压器，整体功耗又控制在nA级，静态电流仅为488nA，远低于同类DC/DC。同时bq25570在 10μA的轻载情况下效率还能达到90%，这部分得益于器件的自耗电非常小。

bq25570的效率表现

bq25505为目前业内最低功耗的升压充电器。区别于bq25570，bq25505没有稳压部分，只是升压充电器，静电功耗仅为325nA，效率表现和bq25570一样在10μA的轻载情况下效率高达90%。bq25505的另一个特点是具备多种存储选项，即有两个能量存储VBAT2和VBAT1，其中VBAT2是主存储元件，为可充电元件，VBAT1是作为备用的，是不可充电的电池。芯片中有开关协调线路，通过设置VSTOR作为控制点，在VBAT2和VBAT1间实现切换，当主存储元件储存的能量和电压不够时，启动备用元件来支援。　

bq25505的典型应用框图

为更好的降低功耗，bq25505设置了SHIP Mode即配送模式，保证芯片在发送给客户之前和库存期间的最低功耗，静态电流仅为5nA。

TPS62740典型应用框图

TPS62740是一款超低功耗DC/DC转换器，静态电流仅为360nA。文司华强调，德州仪器此次发布的5款新产品在低功耗的设计部分采用了统一的构架，因为有效控制了器件的静态电流，从而可以在10μA的轻载情况下实现90%的转换效率。在待机状态下TPS62740的静态电流也仅为70nA。同时TPS62740也是目前同类超低功耗降压DC/DC中尺寸最小的。

至此德州仪器的能量采集产品组合