我們周圍有大量環(huán)境能源，傳統(tǒng)的能量收集方法一直采用太陽能電池板和風力發(fā)電機。不過，新的收集工具允許我們用種類繁多的環(huán)境能源產(chǎn)生電能。此外，重要的不是電路的能量轉(zhuǎn)換效率，而是那些可以用來給電路供電的“平均收集”能量數(shù)量。例如，熱電發(fā)生器將熱量轉(zhuǎn)換成電能，壓電組件轉(zhuǎn)換機械振動，光伏組件轉(zhuǎn)換太陽光 (或任何光源)。這樣就有可能給遠程傳感器供電，或者給電容器或薄膜電池等儲能器件充電，以便微處理器或發(fā)送器能夠無需本地電源而接受遠程供電。

無線傳感器節(jié)點(WSN)基本上是一個獨立的系統(tǒng)，它由一些換能器組成，能將環(huán)境能源轉(zhuǎn)換成電信號，其后跟著的通常是DC/DC轉(zhuǎn)換器和管理器，以通過合適的電壓和電流給下游電子組件供電。下游電子組件包括微控制器、傳感器和收發(fā)器。

在實現(xiàn)WSN時，需要考慮的一個問題是：運行這個WSN需要多少功率?從概念上看，這似乎是一個相當簡單的問題，然而實際上，由于受到若干因素的影響，這是一個有點難以回答的問題。例如，需要間隔多長時間獲取一次讀數(shù)?或者，更重要的是，數(shù)據(jù)包多大?需要傳送多遠? 這是因為，獲取一次傳感器讀數(shù)，系統(tǒng)所用能量約有50%是收發(fā)器消耗掉的。有若干種因素影響WSN能量收集系統(tǒng)的功耗特性。

當然，能量收集電源提供的能量多少取決于電源工作多久。因此，比較能量收集電源的主要衡量標準是功率密度，而不是能量密度。能量收集系統(tǒng)的可用功率一般很低，隨時變化且不可預(yù)測，因此常常采用連接到收集器和輔助電力儲存器的混合架構(gòu)。收集器(由于能量供給不受限制和功率不足)是系統(tǒng)的能源。輔助電能儲存器 (電池或電容器) 產(chǎn)生更大的輸出功率但儲存較少的能量，在需要時供電，除此之外定期接收來自收集器的電荷。因此，在沒有可從其收集能量的環(huán)境能源時，必須用輔助電能儲存器給WSN供電。當然，從系統(tǒng)設(shè)計師的角度來看，這進一步增加了復雜性，因為他們現(xiàn)在必須考慮，必須在輔助電能儲存器中儲存多少能量，才能補償環(huán)境能源的不足。究竟需要儲存多少能量，取決于幾個因素，包括：

(1) 環(huán)境能源不存在的時間。

(2) WSN占空比(即讀取數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的頻度)。

(3) 輔助電能儲存器(電容器、超級電容器或電池)的尺寸和類型。

(4) 環(huán)境能源是否足夠? 即既能充當主能源，又有足夠的富余能量給輔助電能儲存器充電，以當環(huán)境能源在某些規(guī)定時間內(nèi)不可用時，給系統(tǒng)供電。

環(huán)境能源包括光、熱差、振動波束、發(fā)送的RF信號或者其他任何能夠通過換能器產(chǎn)生電荷的能源。以下表1說明了不同能源能夠產(chǎn)生的能量大小。

表1：能源及其產(chǎn)生的能量大小

一個毫微功率 IC 解決方案

顯然，WSN 可獲得的能量很低。這又意味著，該系統(tǒng)中所用組件必須能夠應(yīng)對這種低功率情況。盡管收發(fā)器和微控制器已經(jīng)解決了這個問題，但是在電源轉(zhuǎn)換方面仍然存在空白。不過，凌力爾特推出的LTC3388-1/LTC3388-3可以專門應(yīng)對這種需求。這是一款20V輸入、同步降壓型轉(zhuǎn)換器，可提供高達50mA的連續(xù)輸出電流，采用3mmx3mm(或MSOP10-E)封裝，參見圖1所示原理圖。該器件在2.7V至20V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，適用于多種能量收集和電池供電應(yīng)用，包括 “保持有效” 的電源和工業(yè)控制電源。

圖1：LTC3388-1/LTC3388-3典型應(yīng)用原理圖。