隨著全球能源需求繼續(xù)推動(dòng)油價(jià)上漲，所有應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計(jì)工程師都在研究利用“免費(fèi)”能源的技術(shù)。光伏太陽能電池提供最常見的替代能源。關(guān)于最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）算法已經(jīng)進(jìn)行了無數(shù)的文章和研究，以從太陽能中提取盡可能多的能量。然而，這些技術(shù)太復(fù)雜，太昂貴，坦率地說，需要太多的能量才能對(duì)低功率太陽能應(yīng)用多大用處。

考慮一個(gè)需要3.3V電源軌的應(yīng)用，提供僅幾十微瓦的平均功率，峰值功率達(dá)到幾十毫瓦。例如，這可以是間歇運(yùn)行的遠(yuǎn)程無線傳感器、酒店門鎖、工業(yè)控制設(shè)備等。該設(shè)計(jì)將考慮能量收集裝置（太陽能電池板），儲(chǔ)能裝置（電池），電池充電器和電壓轉(zhuǎn)換器。

圖1.能量收集電池充電器

許多制造商生產(chǎn)低功率光伏設(shè)備，包括松下的G24i，IXYS和Amorton系列。我對(duì)G24i產(chǎn)品有一些經(jīng)驗(yàn)，所以我將重點(diǎn)介紹他們的染料敏化光伏模塊。Indy4050 面向室內(nèi)應(yīng)用。其3050mm2在 90 勒克斯時(shí)提供約 200mW 的功率，在 465 勒克斯時(shí)提供 1000mW 的功率。請(qǐng)記住，典型的辦公室照明范圍約為 320 – 500 勒克斯。對(duì)于低功耗應(yīng)用，另一個(gè)關(guān)鍵規(guī)格是發(fā)生最大功率時(shí)的輸出電壓（VMP）。對(duì)于 Indy4050，VMP 在 1 勒克斯時(shí)為 8.200V，在 2 勒克斯時(shí)為 0.1000V。如果兩個(gè)模塊串聯(lián)，則此最大功率電壓與單節(jié)鋰離子電池非常一致。

小型（物理尺寸和容量）鋰聚合物電池可以從許多來源找到。我購買了電池，但還有很多其他電池?？紤]PowerStream的PGEB016144 3.7V / 200mAh電池。740mWh的容量可以為平均數(shù)百微瓦的負(fù)載供電數(shù)千小時(shí)，使太陽能電池板有足夠的機(jī)會(huì)為電池充電。它只有 1 毫米× 44 毫米× 61 毫米。此外，兩個(gè)串聯(lián)的G3i太陽能模塊的6.4 - 0.24V最大功率電壓與電池所需的充電電壓非常吻合。

這似乎是一個(gè)很好的解決方案，但仍存在一些關(guān)鍵的電源管理問題。兩個(gè)模塊的開路電壓在 5 lux 時(shí)約為 1000V，足以損壞電池。此外，變化的電池電壓需要調(diào)節(jié)至3.3V。鑒于太陽能電池板可用的低功率和電池提供的能量存儲(chǔ)量，剩余的電源管理功能需要盡可能少的靜態(tài)電流至關(guān)重要。

凌力爾特的 LTC4070 并聯(lián)電池充電器系統(tǒng)和 LTC3388 高效率毫微功耗降壓型穩(wěn)壓器出色地滿足了這些要求。有關(guān)最終應(yīng)用原理圖，請(qǐng)參見圖2。當(dāng)一個(gè) 3.7V 的電池電壓且采用 3.3V 電源無負(fù)載時(shí)，LTC4070 和 LTC3388 的組合靜態(tài)電流僅為 1.2μA！實(shí)際上，光伏電池產(chǎn)生的每個(gè)電子都會(huì)進(jìn)入電池進(jìn)行存儲(chǔ)。

圖2.LTC4070 和 LTC3388 能量收集系統(tǒng)

我在不使用LTC3388的情況下運(yùn)行了這種配置兩天多，以驗(yàn)證性能。為了代替LTC3388，我只需直接在電池上加載一個(gè)4kΩ負(fù)載（略低于1mA – 接近4mW），并將設(shè)置留在外部。在測(cè)試的所有52小時(shí)內(nèi)，雨幾乎都是穩(wěn)定的 - 在雨中休息了幾次，但從來沒有陽光。即使在這些不利條件下，很明顯電池是凈充電的。通過更多的實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化，我相信這個(gè)~4mW的恒負(fù)載應(yīng)用可以用更小的太陽能模塊和更少的電池容量供電。這是數(shù)據(jù)（這里沒有花哨的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，我只是走到設(shè)置并在實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)量了幾個(gè)點(diǎn)）：

圖3.為電池充電

那么為什么我只運(yùn)行了這個(gè)實(shí)驗(yàn) 52 小時(shí)呢？好吧，我是大盜竊的受害者（好吧，也許它不符合“大”的法律定義，但在我看來它是盛大的）。我決定在周末把我的設(shè)置留在外面，不安全，在眾目睽睽之下。到周一早上，它已經(jīng)消失得無影無蹤?？傊?，低功率光伏產(chǎn)品確實(shí)可以以極高的效率使用（在糟糕的太陽能到電力效率達(dá)到之后 - 我對(duì)此無能為力）。關(guān)鍵是使用盡可能少的IC，并確保這些IC用盡可能少的電子完成工作。另一個(gè)關(guān)鍵是將太陽能電池板與儲(chǔ)能元件相匹配。如果儲(chǔ)能元件迫使太陽能電池板始終在其最大功率電壓或接近其最大功率電壓下運(yùn)行，則不需要花哨的MPPT算法。

審核編輯：郭婷