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芯片设计中的自供电无线传感器节点电源管理.docx
资料介绍
自供电无线传感器节点从环境能源（如光伏、热电、振动）中获取能量，在无电池或电池辅助的情况下持续工作。电源管理单元（PMU）在能量收集系统中管理能量获取、存储和分配，在极低功耗下实现高效的能量转换。本文将从能量收集源、整流器、升压转换器、MPPT、存储管理以及低功耗设计等方面，系统阐述自供电无线传感器节点电源管理单元的设计方法。
能量收集源
环境能量收集源为自供电传感器节点提供能量。
1. 光伏能量：光伏电池在室内光照（200~1000 lux）下可提供1~100 μW/cm²的能量，在室外阳光下可提供1~10 mW/cm²。光伏能量的收集效率高，但受光照条件影响。
2. 热电能量：热电发电机（TEG）利用温度差产生电压，在人体可穿戴设备中，体温与环境温度差（5~10°C）可提供10~100 μW的能量。
3. 振动能量：压电能量收集器利用机械振动产生电荷，在工业设备振动（10~100 Hz）中可提供1~100 μW的能量。
整流器
能量收集源的输出通常为交流或直流低电压，需要整流和升压。
1. AC-DC整流器：振动能量收集器的输出为交流电压，需要整流器将AC转换为DC。整流器使用二极管桥或有源整流器（同步整流），在低输入电压时需零阈值二极管。
2. DC-DC升压：光伏和热电收集器的输出电压低（0.1~0.5 V），需要升压转换器将电压提升到芯片工作电压（1~3 V）。
3. 冷启动：冷启动电路在收集器输出电压极低时启动升压转换器，使用振荡器和电荷泵，在输入电压低至数十mV时启动。
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