休眠能量收集設(shè)計的上電順序管理

從長期存儲展開時的設(shè)計搭載環(huán)境能量面臨獨特的挑戰(zhàn)。沒有可用的能源儲備，這些設(shè)計必須遵循謹(jǐn)慎序列單獨的電路元件，特別是設(shè)備，如微控制器(MCU)，可以在初始化過程中表現(xiàn)出顯著電力需求開機的。對于工程師，從“冷啟動”成功電的MCU為基礎(chǔ)的能源采集的設(shè)計成為與電壓監(jiān)控和專門能量采集裝置的組合，從制造商包括Analog Devices公司，凌力爾特，美信集成的應(yīng)用程序更容易，微芯片技術(shù)，Silicon Labs公司和德州儀器等等。

對于設(shè)計搭載環(huán)境來源，波動能量水平往往決定了使用能量儲存裝置，如可再充電電池或超級電容器通過能量的峰和谷，以維持額定功率的可用性。然而，用于從存儲取或以其它方式離開無能量的時間過長源的能量采集設(shè)計，一些實用的能量存儲設(shè)備將能夠在這些時期，以保持足夠的電荷以允許快速恢復(fù)電路的操作。因此，設(shè)計者將需要采用旨在確保電過程順利地進行的策略。在許多情況下，簡單地暴露休眠電路到其周圍的電源將不足以可靠地恢復(fù)操作。事實上，作為動力水平開始上升，這些設(shè)計必須保證有足夠的功率可支持高耗電設(shè)備，如MCU和無線收發(fā)器正確的初始化。

上電復(fù)位

對于一個線路供電的設(shè)計或一種繪圖功率從一個高能量的光源，電路初始化的更精細(xì)的細(xì)節(jié)很少的問題。即使有足夠的可用功率，然而，電路需要仔細(xì)排序，以確保所需的其它元素的塊完全初始化并在使用前供電。在典型的基于MCU的設(shè)計，簡單的上電復(fù)位IC，例如ADI公司ADM6711和ADM6713，Microchip的技術(shù)TCM809和德州儀器TLV803提供電源復(fù)位時序和電壓監(jiān)控的處理器(圖1)。

ADI公司ADM6711和ADM6713圖片

圖1：上電復(fù)位IC，例如ADI公司ADM6711和ADM6713提供簡單的解決方案，電源排序的微控制器。該ADM6711擁有一個推挽輸出，無需額外的外部元件，而ADM6713提供漏極開路輸出，需要一個外部上拉電阻，并允許超過VCC連接電壓等級。 (Analog Devices公司提供)

在此類裝置通常監(jiān)控電源電壓，并提供上電，斷電復(fù)位信號，并且每當(dāng)電源電壓下降到低于預(yù)設(shè)閾值。這些類型的設(shè)備典型地包括100內(nèi)置的延遲 - 200毫秒產(chǎn)生復(fù)位信號，以允許電源電壓給處理器重新啟動之前穩(wěn)定之前。凌力爾特的LTC2935擴展這些基本功能與附加功能，其中包括早期預(yù)警電源故障輸出，當(dāng)電源電壓下降到略高于最終復(fù)位閾值的閾值的信號。事實上，工程師們可以找到各種各樣的復(fù)雜的權(quán)力監(jiān)督功能電壓監(jiān)控器集成電路。

對于設(shè)計，搭載低能量來源環(huán)境，但是，以確?？煽康碾娐芳せ顝睦鋯涌赡苄枰胶唵渭与姀?fù)位功能更為復(fù)雜的方法。例如，即使作為收獲電路工作累積足夠的能量，漏電流，或亞閾值電路的激活，復(fù)雜設(shè)備，諸如微控制器已經(jīng)可以排水能力，增加以達(dá)到閾啟動水平所需要的時間，或在最壞的情況下，防止它完全。

功率消耗

在微控制器，參與設(shè)備啟動內(nèi)部電路可以開始激活遠(yuǎn)低于電源接通的閾值，從而導(dǎo)致一個顯著功率消耗甚至在這個早期階段(圖2)。在非采集應(yīng)用，如果電源電壓接通迅速，這個電流消耗僅登記在功率曲線曇花一現(xiàn)。在冷起動能量采集應(yīng)用，然而，在電源電壓可能上升很慢，這個電流可以成為顯著，甚至排水能力比收獲電路快可以從它的環(huán)境源提取能量。在這種最壞的情況，但是合理的情況下，系統(tǒng)可能不會到達(dá)功率閾值。

Silicon Labs的小壁虎微控制器的電流分布的圖像

圖2：即使在超低功耗MCU，內(nèi)部電路看家開始吸取功率以及之前電源達(dá)到上電門檻 - 潛在地降低了能量收集設(shè)計的，從低能量環(huán)境資源的能力，以冷啟動。這種電流分布顯示了從Silicon Labs的小壁虎微控制器作為電源VDD接近電流測量。 (Silicon Labs公司提供)

此外，當(dāng)電源達(dá)到上電閾值時，設(shè)計必須確保足夠的能量可通過他們的功率初始化階段并進入正常操作，以維持電路元件。復(fù)雜的設(shè)備，如MCU可表現(xiàn)出上電過程中比較高的電力需求。例如，當(dāng)無動力的時間周期長，去耦電容器將完全放電。當(dāng)電源電壓被接通時，去耦電容將首先出現(xiàn)短路和電流的流動將僅由在電力線的電阻和電感的限制。

除了這些瞬態(tài)效應(yīng)，MCU和其他復(fù)雜設(shè)備的初始化要求，可能會導(dǎo)致顯著電力需求。例如，即使在編程上電復(fù)位立即進入睡眠模式時，Silicon Labs的小壁虎微控制器吸引約400毫安300微秒 - 由MCU所需的時間從電源復(fù)位過渡到它的能源模式1(EM1)睡眠狀態(tài)(圖3)。

對Silicon Labs的小壁虎微控制器的啟動功率要求圖片

圖3：MCU啟動功率要求可以達(dá)到顯著的水平，因為設(shè)備帶來了外圍設(shè)備，存儲器，I / O緩沖器和處理器核心電路。在此測量啟動過程中所需的功率時，Silicon Labs的小壁虎微控制器吸引了300微秒這種快速的處理器，需要從電源復(fù)位過渡到睡眠狀態(tài)，EM1約4毫安。 (Silicon Labs公司提供)

為了防止MCU從能量存儲設(shè)備之前排出采集的能量已經(jīng)建立了足夠的儲備安全地電的MCU，一個開關(guān)可以收獲電路和MCU之間插入。實際上，電路設(shè)計人員可以使用電壓監(jiān)控集成電路如上面提到的那些，以控制用于直到功率達(dá)到額定值的范圍從供給軌脫開MCU中的邏輯電平選通MOSFET開關(guān)的柵極。

事實上，在能量收集設(shè)計成功電順序臨界功率在能量存儲裝置中累積取決于諸如可充電電池或超級電容器。因此，來自能量收集子系統(tǒng)輸出功率通常是最重要的是施加到確保這些設(shè)備被充滿電。對于這個功能，專門IC，如ADI公司ADP5090，凌特LTC3331，美信集成MAX17710和德州儀器BQ25570提供了有效的解決方案，結(jié)合能量收集功能，帶有片上電路充電鋰離子電池或超級電容器。

結(jié)論

造就了一個能量收集設(shè)計從“冷啟動”需要認(rèn)真注意電壓等級和累積能量的電流容量。如果沒有MCU和其他設(shè)備大型開辦功率要求認(rèn)真電源排序，功率從環(huán)境能源可收獲的啟動順序完成之前，甚至造成初創(chuàng)嘗試和失敗的重復(fù)周期被耗盡。使用可用上電復(fù)位，電壓監(jiān)視和儲能充電器集成電路的組合，工程師可以確保其設(shè)計可靠完成相對復(fù)雜的通電序列而從即使是低能量的環(huán)境來源收獲的能量。