從太陽能電池為超級電容器充電
從太陽能電池為超級電容器充電的電路：
必須：
· 從0V開始充電。放電的超級電容器最初看起來像短路。一些充電 IC 會將超級電容器視為損壞的電池而無法充電。
· 為超級電容器提供過壓保護
· 當光照水平下降時，防止超級電容器放電回太陽能電池
并且希望擁有：
· 最大效率
太陽能電池會將電流輸送到短路狀態(tài)，因此如果 Vsolar_cell > 在汲取負載電流時為負載供電所需的最小電壓，并且太陽能電池的開路電壓，Vsolar_oc < 最大超級電容器電壓，這提供了固有的過電壓保護，那么最簡單的充電電路如圖 7所示。二極管防止超級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耗盡超級電容器低光照水平。
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保證充足的光線時才有效。出于這個原因，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 應作為一個系統(tǒng)設計一起完成。太陽能電池陣列配置：串聯(lián)多少個電池，多少個并聯(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。為了簡化設計并僅使用升壓，配置太陽能電池陣列，使 Vsolar_oc < Vload。要獲得所需的功率，請并聯(lián)使用多個太陽能電池串。KXOB22-4X3L 是由 3 個串聯(lián)電池組成的陣列，我們在兩個案例研究中并行使用了其中的 5 個。顯示 Vsolar_oc 在室內照明中約為 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換器。對于室內情況，我們選擇了 e-peas 的 AEM10940-QFN24，對于室外情況，我們選擇了 LTC3105 . 表 1列出了選擇充電 IC 時考慮的屬性。
表1充電IC屬性
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屬性 |
AEM10940 案例研究 1 |
LTC3105 案例研究 2 |
評論 |
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最小冷啟動電壓 |
380mV |
250mV |
在您希望操作的最低光照水平下必須 > Voc。 |
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冷啟動充電 |
升壓電荷泵 |
AUX 輸出充電，同步整流器禁用，MPPT 未啟用但內部電流受限 |
IC 如何在冷啟動期間提升輸入電壓以達到作為升壓運行所需的內部電壓。 |
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冷啟動功率 |
11μW |
170μW |
越低越好，但必須小于太陽能電池在設備必須充電的最低光照水平下的可用功率。LTC3105 不會以案例 1 ? 145μW 中的可用功率開始充電。 |
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冷啟動閾值 |
380mV |
1.4V |
IC 開始作為升壓轉換器工作的電壓，越低越好 |
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啟動后的 Vin min |
100mV |
225mV |
升壓啟動后保持工作的最小 i/p 電壓 |
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靜態(tài)電流 |
未引用 |
24μA |
IC 在作為升壓器工作時汲取的電流。這反映在低功率效率上。 |
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最大峰值功率跟蹤 |
樣品 Vsolar_oc |
電阻器 |
通常，峰值功率點的太陽能電池電壓約為開路電壓的 80%。一些 IC 使用電阻器來設置輸入電壓 = 峰值功率時的預期太陽能電池電壓。這在光照水平恒定時很好，例如室內照明，但在光照水平變化時是次優(yōu)的。其他 IC 會定期將其輸入設置為高阻抗并測量 Vsolar_oc。然后，他們將輸入電壓設置為運行中開路電壓的 80%。當光照水平發(fā)生變化時，它會跟蹤峰值功率點。 |
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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。 |
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歇斯底里操作 |
是的 |
是的 |
升壓轉換器在 Vcap 達到其所需電壓時關閉，并在 Vcap 放電至較低閾值時再次打開。當超級電容器電壓處于所需范圍內時關閉升壓可節(jié)省電力。 |
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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。 |
在第 3 部分中，我們回顧了太陽能電池的性能、如何選擇和尺寸超級電容器、超級電容器充電電路的要求和充電 IC 特性。在下一部分中，我們將使用兩個案例研究來詳細說明這些屬性。
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