使用帶有小型太陽能電池的超級(jí)電容器進(jìn)行電源管理和能量存儲(chǔ)，第 3 部分

時(shí)間：2022-06-07 11:45:01

關(guān)鍵字：小型太陽能電池超級(jí)電容器

手機(jī)看文章

掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章

[導(dǎo)讀]太陽能電池會(huì)將電流輸送到短路狀態(tài)，因此如果 Vsolar_cell > 在汲取負(fù)載電流時(shí)為負(fù)載供電所需的最小電壓，并且太陽能電池的開路電壓，Vsolar_oc < 最大超級(jí)電容器電壓，這提供了固有的過電壓保護(hù)，那么最簡單的充電電路如圖 7所示。二極管防止超級(jí)電容器向太陽能電池放電，選擇肖特基用于低正向電壓，BAT54 用于低漏電流，因此太陽能電池不會(huì)耗盡超級(jí)電容器低光照水平。

從太陽能電池為超級(jí)電容器充電

從太陽能電池為超級(jí)電容器充電的電路：

必須：

· 從0V開始充電。放電的超級(jí)電容器最初看起來像短路。一些充電 IC 會(huì)將超級(jí)電容器視為損壞的電池而無法充電。

· 為超級(jí)電容器提供過壓保護(hù)

· 當(dāng)光照水平下降時(shí)，防止超級(jí)電容器放電回太陽能電池

并且希望擁有：

· 最大效率

太陽能電池會(huì)將電流輸送到短路狀態(tài)，因此如果 Vsolar_cell > 在汲取負(fù)載電流時(shí)為負(fù)載供電所需的最小電壓，并且太陽能電池的開路電壓，Vsolar_oc < 最大超級(jí)電容器電壓，這提供了固有的過電壓保護(hù)，那么最簡單的充電電路如圖 7所示。二極管防止超級(jí)電容器向太陽能電池放電，選擇肖特基用于低正向電壓，BAT54 用于低漏電流，因此太陽能電池不會(huì)耗盡超級(jí)電容器低光照水平。

我們使用的電路既簡單又便宜，但它的主要缺點(diǎn)是，如果光照水平低于 Vscap，您將無法獲得能量。該電路僅在您想要操作時(shí)保證充足的光線時(shí)才有效。出于這個(gè)原因，最好使用升壓或降壓-升壓的充電 IC，這樣它仍然可以在低光照水平下收集能量。

充電IC選擇

選擇太陽能電池陣列配置和充電 IC 應(yīng)作為一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一起完成。太陽能電池陣列配置：串聯(lián)多少個(gè)電池，多少個(gè)并聯(lián)串，將決定 Vsolar_oc，以及在低光照水平下可用的電壓和電流。如果 Vsolar_oc > Vload 并且低光照水平下的太陽能電池電壓 < Vload，則降壓-升壓是合適的。為了簡化設(shè)計(jì)并僅使用升壓，配置太陽能電池陣列，使 Vsolar_oc < Vload。要獲得所需的功率，請(qǐng)并聯(lián)使用多個(gè)太陽能電池串。KXOB22-4X3L 是由 3 個(gè)串聯(lián)電池組成的陣列，我們?cè)趦蓚€(gè)案例研究中并行使用了其中的 5 個(gè)。顯示 Vsolar_oc 在室內(nèi)照明中約為 1.2V，在室外照明中約為 1.8V，因此這種配置在兩種情況下都需要升壓轉(zhuǎn)換器。對(duì)于室內(nèi)情況，我們選擇了 e-peas 的 AEM10940-QFN24，對(duì)于室外情況，我們選擇了 LTC3105 . 表 1列出了選擇充電 IC 時(shí)考慮的屬性。

表1充電IC屬性

屬性	AEM10940 案例研究 1	LTC3105 案例研究 2	評(píng)論
最小冷啟動(dòng)電壓	380mV	250mV	在您希望操作的最低光照水平下必須 > Voc。
冷啟動(dòng)充電	升壓電荷泵	AUX 輸出充電，同步整流器禁用，MPPT 未啟用但內(nèi)部電流受限	IC 如何在冷啟動(dòng)期間提升輸入電壓以達(dá)到作為升壓運(yùn)行所需的內(nèi)部電壓。
冷啟動(dòng)功率	11μW	170μW	越低越好，但必須小于太陽能電池在設(shè)備必須充電的最低光照水平下的可用功率。LTC3105 不會(huì)以案例 1 ? 145μW 中的可用功率開始充電。
冷啟動(dòng)閾值	380mV	1.4V	IC 開始作為升壓轉(zhuǎn)換器工作的電壓，越低越好
啟動(dòng)后的 Vin min	100mV	225mV	升壓啟動(dòng)后保持工作的最小 i/p 電壓
靜態(tài)電流	未引用	24μA	IC 在作為升壓器工作時(shí)汲取的電流。這反映在低功率效率上。
最大峰值功率跟蹤	樣品 Vsolar_oc	電阻器	通常，峰值功率點(diǎn)的太陽能電池電壓約為開路電壓的 80%。一些 IC 使用電阻器來設(shè)置輸入電壓 = 峰值功率時(shí)的預(yù)期太陽能電池電壓。這在光照水平恒定時(shí)很好，例如室內(nèi)照明，但在光照水平變化時(shí)是次優(yōu)的。其他 IC 會(huì)定期將其輸入設(shè)置為高阻抗并測(cè)量 Vsolar_oc。然后，他們將輸入電壓設(shè)置為運(yùn)行中開路電壓的 80%。當(dāng)光照水平發(fā)生變化時(shí)，它會(huì)跟蹤峰值功率點(diǎn)。
效率	~80% at Peak Power Pt, Case 1 ? 0.12mW o/p pwr	~80% at Peak Power Pt, Case 2 ? 50mW o/p pwr	在如此低的功率下，80% 的效率非常出色。
歇斯底里操作	是的	是的	升壓轉(zhuǎn)換器在 Vcap 達(dá)到其所需電壓時(shí)關(guān)閉，并在 Vcap 放電至較低閾值時(shí)再次打開。當(dāng)超級(jí)電容器電壓處于所需范圍內(nèi)時(shí)關(guān)閉升壓可節(jié)省電力。
最大輸出電流	10毫安	70毫安	必須 > 最大可能的充電電流。AEM10940 無法滿足 2 = 13mA 情況下所需的最大輸出電流，因此選擇了 LTC3105。