给器件输入添加一个 15V 齐纳二极管,以在其承受的多余环路电压超出其17V额定值时提供保护。如果使用一个低压电流环路系统,则无需使用这种二极管。最大电压控制在 15.6V 的齐纳二极管可以获得较好的结果。

给器件输入端添加大容量电容,以存储足够的能源,用于启动和负载变化。根据启动期间负载的功率需求情况,可能会不需要使用这种电容器。总计约200 µF的电容,便可让举例负载实现平稳的启动,其在启动时需要 3.3V、50Ma 的电源持续供电30ms,而启动以后则只需要 10mA 的电流。大容量电容还可为可能出现的定期高功率需求提供存储能源,例如:温度测量、数据转换器读取操作或者通过天线发送数据。

对器件的使能阈值电压进行调节,这样器件便可在其电压达到 12V 时开启。对器件编程,让其在输入降至 4V 时关闭。一旦启用,器件便高效地将这种重新得到利用的能源转换为其 3.3V 输出。

例如,一个电源解决方案,我们选择 4V 作为关闭电压,目的是提供输入电压到输出电压的规定余量,从而让器件能够保持 3.3V 稳压输出。使用 12V 的开启电压,用于满足系统的各种要求。我们假设,24V 电源的变化范围为 18V 到 30V 之间,并且电流环路压降共计为 6V 最大值,从而让器件在极端情况时承受 12V 的最小值。因此,我们选择 12V 作为启动电源的点,因为它是器件可能会承受的最小电压。另外,12V 最小电压可以在开启电压和关闭电压之间实现充分的间隔,这样电源便在没有启动振荡的情况下启动进入高功率负载状态。

上述电源解决方案通过 TI 的 XTR111 启动和关闭。XTR111 是一个 4-20mA电流环路发送器,能够始终提供 4Ma 以下的电流。图 3 显示了这种解决方案的启动情况。发送器启用以后,它便开始提供电流,其将输入电压升高至电源的 12V 开启点。电源输出电压上升进入调节区域,然后立即提供 50 mA 的负载启动电流。这会稍微降低电源的输入电压,但电源保持对输出电压的调节,原因是其宽电压范围和大容量输入电容器。负载启动能耗持续 30ms 以后,负载电流减少至稳定状态,即 10mA 电平。输入电压进一步上升,并受齐纳二极管控制,保持在 15V 电平。正如我们已经注意到的那样,电流环路提供的电流始终保持在4mA以下。

图 3 废能利用型电源的启动

图 4 显示了图 3 的放大图。电源从大容量电容器吸取存储的电能,以满足启动负载电流需求,同时电流环路始终提供低于 4mA 的电流。这种吸能过程,会使输入电压降低约 2V,但对这种电源而言,这是可以接受的。