能源利用解決方案

　　正如前面所述，廢能利用型電源必須擁有較寬的輸入電壓范圍，能夠通過非常小的輸入功率工作，并能在通過限流電源供電時(shí)避免出現(xiàn)啟動(dòng)振蕩。TI 的 TPS62125 便是一個(gè)這種電源，因?yàn)樗ㄟ^一個(gè) 3-17V 輸入工作，僅要求 11 μA 的工作電流，并且擁有帶可調(diào)磁滯的可編程使能閾值電壓。TPS62125 產(chǎn)品說明書中建議的電路有三個(gè)小改動(dòng)：

　　1、給器件輸入添加一個(gè) 15V 齊納二極管，以在其承受的多余環(huán)路電壓超出其17V額定值時(shí)提供保護(hù)。如果使用一個(gè)低壓電流環(huán)路系統(tǒng)，則無需使用這種二極管。最大電壓控制在 15.6V 的齊納二極管可以獲得較好的結(jié)果。

　　2、給器件輸入端添加大容量電容，以存儲(chǔ)足夠的能源，用于啟動(dòng)和負(fù)載變化。根據(jù)啟動(dòng)期間負(fù)載的功率需求情況，可能會(huì)不需要使用這種電容器?？傆?jì)約200 μF　的電容，便可讓舉例負(fù)載實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的啟動(dòng)，其在啟動(dòng)時(shí)需要 3.3V、50Ma 的電源持續(xù)供電30ms，而啟動(dòng)以后則只需要 10mA 的電流。大容量電容還可為可能出現(xiàn)的定期高功率需求提供存儲(chǔ)能源，例如：溫度測(cè)量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器讀取操作或者通過天線發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　3、對(duì)器件的使能閾值電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣器件便可在其電壓達(dá)到 12V 時(shí)開啟。對(duì)器件編程，讓其在輸入降至 4V 時(shí)關(guān)閉。一旦啟用，器件便高效地將這種重新得到利用的能源轉(zhuǎn)換為其 3.3V 輸出。

　　例如，一個(gè)電源解決方案，我們選擇 4V 作為關(guān)閉電壓，目的是提供輸入電壓到輸出電壓的規(guī)定余量，從而讓器件能夠保持 3.3V 穩(wěn)壓輸出。使用 12V 的開啟電壓，用于滿足系統(tǒng)的各種要求。我們假設(shè)，24V 電源的變化范圍為 18V 到 30V 之間，并且電流環(huán)路壓降共計(jì)為 6V 最大值，從而讓器件在極端情況時(shí)承受 12V 的最小值。因此，我們選擇 12V 作為啟動(dòng)電源的點(diǎn)，因?yàn)樗瞧骷赡軙?huì)承受的最小電壓。另外，12V 最小電壓可以在開啟電壓和關(guān)閉電壓之間實(shí)現(xiàn)充分的間隔，這樣電源便在沒有啟動(dòng)振蕩的情況下啟動(dòng)進(jìn)入高功率負(fù)載狀態(tài)。

　　上述電源解決方案通過 TI 的 XTR111 啟動(dòng)和關(guān)閉。XTR111 是一個(gè) 4-20mA電流環(huán)路發(fā)送器，能夠始終提供 4Ma 以下的電流。圖 3 顯示了這種解決方案的啟動(dòng)情況。發(fā)送器啟用以后，它便開始提供電流，其將輸入電壓升高至電源的 12V 開啟點(diǎn)。電源輸出電壓上升進(jìn)入調(diào)節(jié)區(qū)域，然后立即提供 50 mA 的負(fù)載啟動(dòng)電流。這會(huì)稍微降低電源的輸入電壓，但電源保持對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)，原因是其寬電壓范圍和大容量輸入電容器。負(fù)載啟動(dòng)能耗持續(xù) 30ms 以后，負(fù)載電流減少至穩(wěn)定狀態(tài)，即 10mA 電平。輸入電壓進(jìn)一步上升，并受齊納二極管控制，保持在 15V 電平。正如我們已經(jīng)注意到的那樣，電流環(huán)路提供的電流始終保持在4mA以下。

　　圖 3 廢能利用型電源的啟動(dòng)

　　圖 4 顯示了圖 3 的放大圖。電源從大容量電容器吸取存儲(chǔ)的電能，以滿足啟動(dòng)負(fù)載電流需求，同時(shí)電流環(huán)路始終提供低于 4mA 的電流。這種吸能過程，會(huì)使輸入電壓降低約 2V，但對(duì)這種電源而言，這是可以接受的。

　　圖 4 提供負(fù)載啟動(dòng)電流的廢能利用型電源

　　最后，廢能利用的電源在大容量電容器中存儲(chǔ)足夠的電能，然后在一個(gè)足夠?qū)挼妮斎腚妷悍秶ぷ?，以向?fù)載提供持續(xù)的功率脈沖。圖 5 所示電源，每秒為負(fù)載提供持續(xù)時(shí)間 100ms 的 20mA 電流，并且保持對(duì)電源輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓。

　　圖 5提供負(fù)載電源脈沖的廢能利用型電源

　　結(jié)論

　　在4-20mA電流環(huán)路系統(tǒng)中，我們可以對(duì)那些被浪費(fèi)掉電能加以有效利用。這種電能可以為控制室需要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和微處理器供電，以對(duì)來自電流環(huán)路的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且它還可以為低功耗RF發(fā)送器供電，從而擴(kuò)展了4-20mA電流環(huán)路的應(yīng)用范圍，同時(shí)通過減少要求的布線數(shù)量，節(jié)省了此類系統(tǒng)的成本。擁有寬輸入電壓范圍、可使用極小功率工作且能夠在沒有振蕩的情況下通過限流電源啟動(dòng)的電源，可讓廢能重新得到利用，并在系統(tǒng)中繼續(xù)發(fā)揮其作用。