EH300/EH301系列EPAD®能量收集模块：高效能源解决方案

在电子设备的设计中，能源的有效收集和管理一直是工程师们关注的重点。Advanced Linear Devices, Inc. 推出的 EH300/EH301 系列 EPAD® 能量收集模块，为低功耗、间歇性工作的电子系统提供了一种创新的能源解决方案。

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模块概述

EH300/EH301 系列模块能够从多种类型的电源获取能量，并将其存储起来，为 3.3V 和 5.0V 的常规电路和系统供电。这些模块完全自供电，始终处于工作状态，适用于低功耗、间歇性占空比的采样数据或基于状态监测的超长寿命应用。

模块优势

• 简化系统调试：无需手动和复杂的系统微调程序，支持远程控制自动微调，具备系统内编程能力。
• 无外部组件：模块内部集成度高，无需额外的外部组件，减少了设计的复杂性和成本。
• 无内部时钟噪声源：确保了模块在工作过程中不会产生时钟噪声，提高了系统的稳定性和可靠性。

应用领域

该系列模块的应用范围广泛，包括但不限于以下几个方面：

• 传感器接口电路：为传感器提供稳定的电源，确保传感器能够准确地采集数据。
• 换能器偏置电路：为换能器提供合适的偏置电压，保证换能器的正常工作。
• 电容和电荷积分电路：用于处理电容和电荷信号，实现信号的积分和处理。
• 生化探头接口：为生化探头提供稳定的电源和信号处理能力，确保生化检测的准确性。
• 信号调理：对输入信号进行调理，提高信号的质量和稳定性。
• 便携式仪器：为便携式仪器提供可靠的电源，延长仪器的使用时间。

工作原理

EH300/EH301 系列模块的工作过程主要围绕内部存储电容组的充放电展开。模块的存储电容组电压为 +V，它也是为输出功率负载供电的正电源电压。

充电阶段

初始时，模块的 +V 电压为 0.0V。当外部能源开始以电荷脉冲的形式向模块输入能量时，这些电荷包会被收集、积累并存储到内部存储电容组中。对于大多数常见的能量收集应用，输入的电能电荷包通常以不可控和不可预测的电压尖峰形式出现，涵盖了广泛的电压、电流和时序波形。模块能够高效地适应这些条件，例如，EH300 模块在平均输入电流为 10µA 时可在 4 分钟内完成一个循环，在平均输入电流为 1.0µA 时可在 40 分钟内完成一个循环。

供电阶段

当 +V 电压达到 (V_{H}) 时，模块输出（VP）被启用并进入导通状态，能够为功率负载（如微处理器和/或传感器电路）供电。模块会持续积累外部能源产生的能量。如果外部能量输入充足，输出 VP 将持续处于导通状态，直到外部能量可用性低于功率负载的功率需求。当外部能量输入超过功率负载时，+V 电压会升高，直到内部电压钳位电路将其限制在最大钳位电压。

断电阶段

在正常运行过程中，当从模块中提取功率时，+V 电压会下降。当 +V 达到 (V{L}) 时，输出 (V{P}) 切换到关断状态，停止向功率负载供电。由于模块内有内置的迟滞电路，即使外部能源再次开始为电容组充电，VP 仍将保持关断状态，直到 +V 再次达到 (V{H}) 水平，VP 才会再次导通。因此，+V 电压在 (V{H}) 和 (V_{L}) 电压水平之间循环，然后进入关断状态。当处于导通状态时，VP 可在有限的时间内提供高达 1A 的电流，具体时间取决于存储的可用能量和功率负载的能量需求。此外，可选的输入/输出引脚 VR 可作为 VP 开/关控制（通过 1KΩ 外部输入）或作为输出 VP 切换前的 READY 逻辑控制（输出）信号。

技术规格

机械规格

• 外形尺寸：宽 0.55 英寸 x 长 2.00 英寸 x 高 0.70 英寸。
• 安装孔：4 个直径为 0.085 英寸的安装孔。
• 重量：标称重量为 0.5 盎司（14 克）。

环境规格

• 无铅（ROHS）合规：符合环保要求。
• 工作温度范围：0 至 70°C。
• 最大平均工作温度：50°C。
• 存储温度：-40 至 +85°C。
• 湿度：可达 90%（无冷凝）。
• 防护：采用保形和环氧树脂涂层进行防护。

电气规格

型号	输出低电平 (V_{L})	输出高电平 (V_{H})	充电输入 (V_{in})	功率耗散 (P_{D})	有用能量输出 (E)	输出导通时间额定值 (t * I)	(V{P}) 输出电阻 (R{VP})	(V{R}) 输出灌电流 (I{Rsink})	(V{R}) 输出源电流 (I{Rsource})	输出负载 (R_{load})	输出电流 (I_{out})
EH300	1.9V	3.5V	4.0/200 V@nA	0.4 - 1µW	4.6 mJ	68/25 - 75/150 msec@mA	0.15Ω	2.5 mA	-1.0 mA	3.5Ω	1A
EH300A	1.9V	3.5V	4.0/200 V@nA	0.8 - 2µW	30 mJ	75/150 msec@mA	0.15Ω	2.5 mA	-1.0 mA	3.5Ω	1A
EH301	3.1V	5.2V	6.0/300 V@nA	0.9 - 1.5µW	3.9 mJ	80/25 - 885/150 msec@mA	0.1Ω	5 mA	-2 mA	5Ω	1A
EH301A	3.1V	5.2V	6.0/300 V@nA	1.8 - 3µW	55 mJ	885/150 msec@mA	0.1Ω	5 mA	-2 mA	5Ω	1A

订购信息

部件编号	描述
EH300	4.6 mJ 模块，1.8V 至 3.6V 工作
EH300A	30 mJ 模块，1.8V 至 3.6V 工作
EH301	8.3 mJ 模块，3.1V 至 5.2V 工作
EH301A	55 mJ 模块，3.1V 至 5.2V 工作
EHJ1C	6 英寸电缆，J1 连接器（输入）
EHJ2C	6 英寸电缆，J2 连接器（输出）

需要注意的是，EH300A 和 EH301A 是高能量输出版本。

初始设置与校准

EH300/EH301 系列模块在工厂已按照标准规格和设置进行了设置和校准，用户无需进行额外的设置。输出端口提供了可选的用户控制信号以及与外部电容器或电池存储组的连接选项。所有模块在发货时即可直接使用。

总结

EH300/EH301 系列 EPAD® 能量收集模块以其高效的能量收集和管理能力、广泛的应用领域以及便捷的使用方式，为电子工程师在设计低功耗、间歇性工作的电子系统时提供了一个可靠的选择。在实际应用中，工程师们可以根据具体的需求选择合适的模块型号，并结合系统的特点进行合理的设计和配置。你在使用这类模块时遇到过哪些挑战呢？又有哪些独特的应用思路呢？欢迎在评论区分享交流。