做一套能在旅途中使用太阳能发电机

我们一生中都经历过停电。如果下次你可以简单地打开你的个人太阳能发电机，而不是打破蜡烛和手电筒，那不是很好吗?电气工程师和制造商 Nathaniel VerLee 正在开发一种太阳能发电机来做到这一点。他的发电机是一个一体化的应用程序，不仅能够在停电期间提供临时电力，还可以为未连接到电网的设备(如路灯和网状网络)提供电力，并提供电力到偏远地区，如小屋或帆船。

Nathaniel 目前正在开发 PCB 以进入“盒子中的网格”类型的应用，其中电池、折叠式太阳能电池板、LED 灯和电源线都安装在一个坚固的外壳中，以便在露营旅行或停电期间使用。他开发这个项目是为了结合他对太阳能的兴趣和在中等功率直流应用中使用最大功率点跟踪 (MPPT) 的愿望。

Nathaniel 的太阳能发电机具有降压升压拓扑 DC/DC 转换器，可以从输入电压升压或降压输出电压。该发生器基于 Texas Instruments C2000™ Piccolo™ TMS320F28035 微控制器(MCU)，可启用 MPPT，使系统能够以峰值效率或最大功率点运行。最大功率点由 TI 的OPA2317运算放大器检测电流和电压。该信息用作 MPPT 算法的输入，该算法周期性地改变 DC-DC 转换器的输入与输出电压关系以确定 MPPT 工作点。该系统还集成了用于 12V 轨的 TI LMR62014升压常规 IC、TI TPS54360用于 5V 电压轨的降压常规 IC、用于 3.3V 和 1.8V 电压轨的两个 TI TPS62260降压常规 IC，以及用于转换器的栅极驱动器。在最终的单 PCB 解决方案中，降压转换器将连接到面板输入和电池，电池将从两个电压中较高的一个供电。然后，5V 电源轨将为 FET 栅极驱动器的 12V 电源轨(升压)供电，3.3V 和 1.8V 电源轨将为微控制器、传感器电路、OLED 显示器和其他电路供电。此外，TI ULN2003高压大电流达林顿晶体管阵列具有高压输出以及用于切换电感负载的共阴极钳位二极管。这对于保护电池免受过度放电和短路至关重要。

Nathaniel 在其项目的原型设计阶段选择使用 TI 的 C2000 Piccolo TMS320F28027 LaunchPad开发套件，因为它提供了必要的调试和编程接口以及 5V 和 3.3V 电源。他迁移到 C2000 F28035 MCU 进行开发，因为该 MCU 提供了他最终项目所需的更多引脚数以及许多非常适合数字电源应用的外围功能。“配置 [F28035 MCU] 以驱动降压升压转换器不仅简单而且功能强大，允许以相位关系驱动多个转换器，并在发生危险瞬态事件时快速关闭转换器级， ”纳撒尼尔说。作为一名自称的模拟和电源工程师，Nathaniel 也很欣赏使用带有XDS100 调试工具的Code Composer Studio™集成开发环境来处理这个嵌入式项目。

Nathaniel 还评论了他为什么选择 TI 的升压和降压常规 IC，这些 IC 在他的项目中非常丰富。“我喜欢 TI 拥有用于产生轨道电压的全面 IC 产品组合，”他说。他还喜欢能够使用 TI 的WEBENCH®设计环境以更少的时间和精力快速开发设计。

这台太阳能发电机是 Nathaniel 除了全职工作之外还从事的一个副项目，他最大的障碍是在周末抽出时间来保持进度并设计他的项目。他说，尽管他最终可能决定将硬件作为一个完整的产品出售，但他目前的主要目标是将该项目用作“更多的学习和探索平台，他希望最终以某种爱好与他人分享或教育类型的能力。” 他还希望尝试不同的功能，并在其他工程师手中进行测试，看看哪些功能在他的生成器中最有用。

尽管这个项目是一项艰巨的任务，但 Nathaniel 说：“生活在节能技术快速发展的时期对我来说非常令人兴奋——我希望随着这些技术的发展，它们有助于节约能源并努力减少我们的环境足迹。 ”