使用带有小型太阳能电池的超级电容器进行电源管理和能量存储，第 3 部分

时间：2022-06-07 11:45:01

关键字：小型太阳能电池超级电容器

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[导读]太阳能电池会将电流输送到短路状态，因此如果 Vsolar_cell > 在汲取负载电流时为负载供电所需的最小电压，并且太阳能电池的开路电压，Vsolar_oc < 最大超级电容器电压，这提供了固有的过电压保护，那么最简单的充电电路如图 7所示。二极管防止超级电容器向太阳能电池放电，选择肖特基用于低正向电压，BAT54 用于低漏电流，因此太阳能电池不会耗尽超级电容器低光照水平。

从太阳能电池为超级电容器充电

从太阳能电池为超级电容器充电的电路：

必须：

· 从0V开始充电。放电的超级电容器最初看起来像短路。一些充电 IC 会将超级电容器视为损坏的电池而无法充电。

· 为超级电容器提供过压保护

· 当光照水平下降时，防止超级电容器放电回太阳能电池

并且希望拥有：

· 最大效率

太阳能电池会将电流输送到短路状态，因此如果 Vsolar_cell > 在汲取负载电流时为负载供电所需的最小电压，并且太阳能电池的开路电压，Vsolar_oc < 最大超级电容器电压，这提供了固有的过电压保护，那么最简单的充电电路如图 7所示。二极管防止超级电容器向太阳能电池放电，选择肖特基用于低正向电压，BAT54 用于低漏电流，因此太阳能电池不会耗尽超级电容器低光照水平。

我们使用的电路既简单又便宜，但它的主要缺点是，如果光照水平低于 Vscap，您将无法获得能量。该电路仅在您想要操作时保证充足的光线时才有效。出于这个原因，最好使用升压或降压-升压的充电 IC，这样它仍然可以在低光照水平下收集能量。

充电IC选择

选择太阳能电池阵列配置和充电 IC 应作为一个系统设计一起完成。太阳能电池阵列配置：串联多少个电池，多少个并联串，将决定 Vsolar_oc，以及在低光照水平下可用的电压和电流。如果 Vsolar_oc > Vload 并且低光照水平下的太阳能电池电压 < Vload，则降压-升压是合适的。为了简化设计并仅使用升压，配置太阳能电池阵列，使 Vsolar_oc < Vload。要获得所需的功率，请并联使用多个太阳能电池串。KXOB22-4X3L 是由 3 个串联电池组成的阵列，我们在两个案例研究中并行使用了其中的 5 个。显示 Vsolar_oc 在室内照明中约为 1.2V，在室外照明中约为 1.8V，因此这种配置在两种情况下都需要升压转换器。对于室内情况，我们选择了 e-peas 的 AEM10940-QFN24，对于室外情况，我们选择了 LTC3105 . 表 1列出了选择充电 IC 时考虑的属性。

表1充电IC属性

属性	AEM10940 案例研究 1	LTC3105 案例研究 2	评论
最小冷启动电压	380mV	250mV	在您希望操作的最低光照水平下必须 > Voc。
冷启动充电	升压电荷泵	AUX 输出充电，同步整流器禁用，MPPT 未启用但内部电流受限	IC 如何在冷启动期间提升输入电压以达到作为升压运行所需的内部电压。
冷启动功率	11µW	170µW	越低越好，但必须小于太阳能电池在设备必须充电的最低光照水平下的可用功率。LTC3105 不会以案例 1 » 145µW 中的可用功率开始充电。
冷启动阈值	380mV	1.4V	IC 开始作为升压转换器工作的电压，越低越好
启动后的 Vin min	100mV	225mV	升压启动后保持工作的最小 i/p 电压
静态电流	未引用	24µA	IC 在作为升压器工作时汲取的电流。这反映在低功率效率上。
最大峰值功率跟踪	样品 Vsolar_oc	电阻器	通常，峰值功率点的太阳能电池电压约为开路电压的 80%。一些 IC 使用电阻器来设置输入电压 = 峰值功率时的预期太阳能电池电压。这在光照水平恒定时很好，例如室内照明，但在光照水平变化时是次优的。其他 IC 会定期将其输入设置为高阻抗并测量 Vsolar_oc。然后，他们将输入电压设置为运行中开路电压的 80%。当光照水平发生变化时，它会跟踪峰值功率点。
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	升压转换器在 Vcap 达到其所需电压时关闭，并在 Vcap 放电至较低阈值时再次打开。当超级电容器电压处于所需范围内时关闭升压可节省电力。
最大输出电流	10毫安	70毫安	必须 > 最大可能的充电电流。AEM10940 无法满足 2 = 13mA 情况下所需的最大输出电流，因此选择了 LTC3105。