电子工程师的能量收获之旅：LTC3588EMSE-1/-2深度解析

在电子设计领域，能量收获技术就像是一把钥匙，为我们开启了可持续能源利用的大门。今天，我将带大家深入了解一款在能量收获领域表现出色的产品——LTC3588EMSE-1/-2。

文件下载：DC1459B-A.pdf

产品概述

演示电路1459B是一款以LTC3588-1/LTC3588-2为核心的能量收获电源。LTC3588集成了低损耗全波桥和高效降压转换器，为压电换能器等高输出阻抗能源提供了优化的能量收获解决方案。它采用超低静态电流欠压锁定模式，具有较宽的滞后窗口，能让电荷在输入电容上积累，直到降压转换器可以有效地将部分存储电荷转移到输出端。该产品有四个可通过引脚选择的输出电压，最大连续输出电流可达100mA。当转换器达到编程的输出电压时，电源良好比较器会在PGOOD引脚上产生一个相对于VOUT的逻辑高电平，表明输出处于稳压状态。

性能参数

LTC3588EMSE-1

在环境温度 (T_{A}=25^{circ} C) 时，输入电压范围为4.3V - 18.0V。输出电压有四个可选范围：当D0 = 0，D1 = 0时，输出电压范围为1.71V - 1.89V；当D0 = 1，D1 = 0时，输出电压范围为2.425V - 2.575V；当D0 = 0，D1 = 1时，输出电压范围为3.201V - 3.399V；当D0 = 1，D1 = 1时，输出电压范围为3.491V - 3.708V。

LTC3588EMSE-2

同样在 (T_{A}=25^{circ} C) 条件下，输入电压范围为14.0V - 18.0V。输出电压范围如下：当D0 = 0，D1 = 0时，输出电压范围为3.346V - 3.554V；当D0 = 1，D1 = 0时，输出电压范围为3.977V - 4.223V；当D0 = 0，D1 = 1时，输出电压范围为4.365V - 4.635V；当D0 = 1，D1 = 1时，输出电压范围为4.850V - 5.150V。

工作原理

要深入了解其工作原理，可参考LTC3588-1/-2数据手册中的框图。LTC3588是一款专为能量收获和/或低电流降压应用设计的超低静态电流电源。它能直接与压电或其他交流能源接口，对收获的能量进行整流并存储在外部电容上，通过内部并联稳压器释放多余能量，并通过纳功率高效同步降压稳压器维持稳定的输出电压。 LTC3588内部有一个通过PZ1和PZ2访问的全波桥式整流器，可对来自压电元件等的交流输入进行整流。整流后的输出存储在VIN引脚的电容上，作为降压转换器的能量储存器，该桥能够承载高达50mA的电流。 当VIN上的电压超过欠压锁定（UVLO）上升阈值时，降压转换器被启用，电荷从输入电容转移到输出电容。为防止降压启动期间的短循环，采用了约1V的宽UVLO滞后窗口，其下限阈值比所选的稳压输出电压高约200mV。当输入电容电压低于UVLO下降阈值时，降压转换器被禁用。 内部从VIN生成两个轨，CAP和VIN2，分别用于驱动降压转换器的高端PMOS和低端NMOS。此外，VIN2轨还作为输出电压选择位D0和D1的逻辑高电平。VIN2轨稳压在4.8V（相对于GND），CAP轨稳压在比VIN低4.8V的位置。这两个轨不用于外部连接，应在CAP和VIN2引脚连接电容，作为驱动降压开关的能量储存器。 降压稳压器采用滞后电压算法，通过VOUT感测引脚的内部反馈来控制输出。降压转换器通过电感对输出电容充电，使其略高于稳压点。具体做法是通过内部PMOS开关将电感电流升至250mA，然后通过内部NMOS开关将其降至0mA。当降压使输出电压达到稳压状态时，转换器进入低静态电流睡眠状态，通过睡眠比较器监测输出电压。在此工作模式下，负载电流由降压输出电容提供。当输出电压低于稳压点时，降压稳压器唤醒，循环重复。这种提供稳压输出的滞后方法减少了与FET开关相关的损耗，并在轻负载下维持输出。降压转换器在开关时可提供至少100mA的平均负载电流。 当转换器首次达到编程的VOUT时，电源良好比较器会在PGOOD引脚上产生一个相对于VOUT的逻辑高电平，表明输出处于稳压状态。PGOOD引脚将保持高电平，直到VOUT降至所需稳压电压的92%。

快速启动步骤

准备工作

使用短双绞线进行电源连接，在所有负载和电源关闭的情况下，参考图1进行正确的测量和设备设置。

具体步骤

1. 在将PS1连接到DC1459B之前，必须将其电流限制设置为50mA。对于大多数具有电流限制调节功能的电源，设置电流限制的步骤如下：将电压和电流调节调至最小，短路输出端子，将电压调节调至最大，将电流限制调节至50mA，再将电压调节调至最小，此时电源的电流限制为50mA。
2. 进行初始跳线、电源和负载设置： [JP1 =0] [PS1 =0 FF] [JP2 =0] [LOAD1 =OFF]
3. 将PS1连接到VIN端子，然后打开PS1并缓慢将电压增加到2.0V，同时监测输入电流。如果电流保持在5mA以下，将PS1电压增加到17.0V。
4. 将LOAD1设置为100mA，验证VOUT上的电压是否在表1中的VOUT 1.8V/3.45V范围内，验证输出纹波电压是否在40mV - 90mV之间，验证PGOOD是否为高电平（VOUT），然后将LOAD1降至5mA。
5. 将PS1电压降至0V，将PS1的连接从VIN移至PZ1，缓慢将PS1电压增加到2.0V，同时监测输入电流。如果电流保持在5mA以下，将PS1电压增加到17V，验证VOUT上的电压是否在表1中的VOUT 1.8V/3.45V范围内。将PS1电压降至0V，交换PZ1和PZ2的引线连接并重复测试，最后将PS1的连接从PZ2移回VIN。
6. 将JP1设置为1，将PS1电压增加到17V，将LOAD1设置为100mA，验证VOUT上的电压是否在表1中的VOUT 2.5V/4.1V范围内，验证输出纹波电压是否在40mV - 90mV之间。
7. 将JP1设置为0，JP2设置为1，将LOAD1设置为100mA，验证VOUT上的电压是否在表1中的VOUT 3.3V/4.5V范围内，验证输出纹波电压是否在50mV - 90mV之间。
8. 将JP1设置为1，JP2设置为1，将LOAD1设置为100mA，验证VOUT上的电压是否在表1中的VOUT 3.6V/5.0V范围内，验证输出纹波电压是否在60mV - 110mV之间。
9. 将LOAD1降至1mA，关闭PS1，在PS1的正极引线和VIN端子之间插入一个1K欧姆的电阻，打开PS1，在监测VIN电压的同时，增加PS1电压，直到VIN上的电压比PS1上的电压低3V，验证输入电压VIN，SHUNT是否在19.0V - 21.0V之间。
10. 关闭PS1和LOAD1。

物料清单

必需电路组件

序号	数量	参考标识	部件描述	制造商及部件编号
1	1	C1	电容，贴片，X5R，22uF，10%，25V，1210	AVX，12103D226KAT1A
2	1	C3	电容，贴片，X5R，1uF，10%，6.3V，0402	TDK，C1005X5R0J105KT
3	1	C4	电容，贴片，X5R，4.7uF，10%，6.3V，0603	TDK，C1608X5R0J475KT
4	1	C5	电容，贴片，X5R，100uF，20%，6.3V，1206	TAIYO YUDEN，JMK316BJ107ML-T
5	1	L1	电感器，22UH，1.4A，190mΩ，5mm × 5mm	COILCRAFT，LPS5030-223ML
6	1	U1 (ASSEMBLY - A)	压电能量收获电源	LINEAR TECH.，LTC3588EMSE - 1
		U1 (ASSEMBLY - B)	电源	LINEAR TECH.，LTC3588EMSE - 2

额外演示板电路组件

序号	数量	参考标识	部件描述	制造商及部件编号
1	0	C2 (OPT)	铝电解电容，100uF，35V，20%，8.2mm x 11.mm	VISHAY，MAL291355101E3
2	0	C6 (OPT)	超级电容，0.43F，5.5V，20mm x 18mm	CAP - XX，HA230F
3	0	R1,R2 (OPT)	电阻，贴片，249K，1/16W，1%，0402	VISHAY，CRCW0402249KFKED

演示板硬件

序号	数量	参考标识	部件描述	制造商及部件编号
1	6	E1,E2,E3,E4,E5,E6	接线柱，0.09直径	MILL - MAX，2501 - 2
2	2	E7,E8	接线柱，0.061直径	MILL - MAX，2308 - 2
3	2	JP1,JP2	引脚头，3引脚，2mm	SAMTEC，TMM - 103 - 02 - L - S
4	2	JP1,JP2	分流器，2MM	SAMTEC，2SN - BK - G

总结

LTC3588EMSE-1/-2为电子工程师在能量收获设计中提供了一个强大而可靠的解决方案。其丰富的功能和灵活的配置使其适用于各种不同的应用场景。在实际设计中，我们需要根据具体需求合理选择输出电压和负载电流，同时严格按照快速启动步骤进行操作，以确保设备的正常运行。各位电子工程师们，你们在能量收获设计中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。