飞机结构运用能量收集实现方案

在典型的飞机引擎情况下，其温度可能在几百 摄氏度 到一千摄氏度甚至 两千摄氏度的范围内变化。尽管这种能量大多数都以机械能 (燃烧和发动机推力) 的形式损失了，但仍有一部分是纯粹以热量形式消耗的。既然席贝克效应是将热量转换成电功率的根本热力学现象，那么考虑的主要方程是：

P=ηQ

其中P是电功率，Q是热量，η是效率。

较大的热电发生器使用更多的热量 (Q) ，产生更多的功率 (P)。类似地，使用数量为两倍的功率转换器可以获取两倍的热量，产生两倍的功率。较大的热电发生器通过串联更多的 P-N 节形成，不过，尽管这样可以在温度变化时产生更大的电压 (mV/dT)，但是也增大了热电发生器的串联电阻。这种串联电阻增大限制了可提供给负载的功率。因此，视应用需求的不同而不同，有时使用较小的并联热电发生器，有时使用较大的热电发生器。不管选择哪一种热电发生器，都有很多厂商提供商用的产品，其中绕行电感器包括 Tellurex公司。

通过给某个元件施加应力可产生压电性，这反过来将产生一个电势。压电效应是可逆的，因为呈现正压电效应 (在施加应力时将产生一个电势) 的材料同时也表现出逆压电效应 (当施加一个电场时将产生应力/应变)。

为了优化压力换能器，需要确定源的振动频率和位移特性。一旦这些值确定了，那么压电换能器制造商就可以设计一个从机械上调谐到特定振动频率的压电换能器，并调整该压电换能器的大小，以提供必需的功率。压电材料的振动激活正压电效应，在该器件的输出电容上引起电荷积累。积累的电荷通常相当少，因此 AC 开路电压很高，在很多情况下处于 200V 量级。既然每次偏离产生的电荷量相对较少，那么有必要对这个 AC 信号进行全波整流，并在一个输入电容器上逐周期积累电荷。仍然有很多厂商提供多种商用压电换能器，其中包括 AmbioSystems、MIDE Tepfc电感器chnology 公司和 Advanced Cerametrics公司。

不过，迄今为止一直缺少的是，既能从热源又能从压电源收集和管理能量、高度集成、高效率 的DC/DC 转换器解决方案。凌力尔特公司革命性的 LTC3108 和 LTC3588-1 将极大地简化从各种来源收集剩余能量的任务。

最近推出的 LTC3108 是一种超低电压升压型转换器和电源管理器，专为简化收集和管理剩余能量的任务而设计，这些剩余能量来自热电堆、热电发生器 (TEG) 甚至小型太阳能电池板等极低输入电压源。其升压型拓扑可用低至 20mV 的输入电压工作。这具有重要意义，因为它允许 LTC3108 在温差低至 1℃时从热电发生器收集能量，而分立式解决方案由于大静态电流，不太容易做到这一点。

图 2 所示电路采用一个小型升压型变压器来提高至 LTC3108 的输入电压源的电压，然后 LTC3108 再为无线检测和数据采集提供一个完整的电源管理解决方案。它能在小温差时收集能量，并产生系统电源，从而无须使用传统的电池电源。

图2 LTC3108用于无线远端传感器应用,该应用由热电发生器供电(Peltier Cell)

LTC3108用一个耗尽型 N 沟道 MOSFET 开关形成升压型谐振振荡器，该振荡器使用一个外部升压型变压器和一个小型耦合电容器。这允许该器件将低至 20mV 的输入电压升高到足够高，以提供多个稳定输出电压，以给其它电路供电。振荡频率主要由变压器次级绕组的电感和 LTC3108 的输入电容决定，一般在 20kHz至200kHz的范围内。

就低至 20mV 的输入电压而言，推荐约为 1:100 的初-次级匝数比。就更高的输入电压而言，可以采用较低的匝数比，因为这将提供更大的输出功率。这些变压器是标准的组件，可以非常方便电感器厂家地从磁性组件供应商那里得到。凌力尔特公司的复合耗尽型 N 沟道 MOSFET 是 20mV 工作得以实现的关键因素。

如图 3 所示，LTC3108 采用一种“系统级”方法来解决一个复杂问题。它可以转换低压源，并管理多个输出之间的能量。

图3 LTC3108 方框图

利用一个外部充电泵电容器 (从次级绕组一体电感器到引脚 C1) 和 LTC3108 内置的整流器来升高变压器次级绕组上产生的 AC 电压并对其整流。整流器电路将电流馈送进 VAUX 引脚，向外部 VAUX 电容器提供电荷，然后向其它输出。平面变压器厂家 | 平面电感厂家

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