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避免出現(xiàn)啟動振蕩。TI 的 TPS62125 便是一個這種電源，因為它通過一個 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小改動：

　　1、給器件輸入添加一個 15V 齊納二極管，以在其承受的多余環(huán)路電壓超出其17V額定值時提供保護。如果使用一個低壓電流環(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，以存儲足夠的能源，用于啟動和負載變化。根據(jù)啟動期間負載的功率需求情況，可能會不需要使用這種電容器。總計約200 μF　的電容，便可讓舉例負載實現(xiàn)平穩(wěn)的啟動，其在啟動時需要 3.3V、50Ma 的電源持續(xù)供電30ms，而啟動以后則只需要 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能源，例如：溫度測量、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、對器件的使能閾值電壓進行調(diào)節(jié)，這樣器件便可在其電壓達到 12V 時開啟。對器件編程，讓其在輸入降至 4V 時關(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)路壓降共計為 6V 最大值，從而讓器件在極端情況時承受 12V 的最小值。因此，我們選擇 12V 作為啟動電源的點，因為它是器件可能會承受的最小電壓。另外，12V 最小電壓可以在開啟電壓和關(guān)閉電壓之間實現(xiàn)充分的間隔，這樣電源便在沒有啟動振蕩的情況下啟動進入高功率負載狀態(tài)。

　　上述電源解決方案通過 TI 的 XTR111 啟動和關(guān)閉。XTR111 是一個 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。電源輸出電壓上升進入調(diào)節(jié)區(qū)域，然后立即提供 50 mA 的負載啟動電流。這會稍微降低電源的輸入電壓，但電源保持對輸出電壓的調(diào)節(jié)，原因是其寬電壓范圍和大容量輸入電容器。負載啟動能耗持續(xù) 30ms 以后，負載電流減少至穩(wěn)定狀態(tài)，即 10mA 電平。輸入電壓進一步上升，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

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

　　圖 4 提供負載啟動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足夠的電能，然后在一個足夠?qū)挼妮斎腚妷悍秶ぷ鳎韵蜇撦d提供持續(xù)的功率脈沖。圖 5 所示電源，每秒為負載提供持續(xù)時間 100ms 的 20mA 電流，并且保持對電源輸出電壓進行穩(wěn)壓。

　　圖 5提供負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，我們可以對那些被浪費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，以對來自電流環(huán)路的數(shù)據(jù)進行處理，并且它還可以為低功耗RF發(fā)送器供電，從而擴展了4-20mA電流環(huán)路的應(yīng)用范圍，同時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。