我們一生中都經(jīng)歷過停電。如果下次你可以簡單地打開你的個(gè)人太陽能發(fā)電機(jī)，而不是打破蠟燭和手電筒，那不是很好嗎?電氣工程師和制造商 Nathaniel VerLee 正在開發(fā)一種太陽能發(fā)電機(jī)來做到這一點(diǎn)。他的發(fā)電機(jī)是一個(gè)一體化的應(yīng)用程序，不僅能夠在停電期間提供臨時(shí)電力，還可以為未連接到電網(wǎng)的設(shè)備(如路燈和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò))提供電力，并提供電力到偏遠(yuǎn)地區(qū)，如小屋或帆船。

Nathaniel 目前正在開發(fā) PCB 以進(jìn)入“盒子中的網(wǎng)格”類型的應(yīng)用，其中電池、折疊式太陽能電池板、LED 燈和電源線都安裝在一個(gè)堅(jiān)固的外殼中，以便在露營旅行或停電期間使用。他開發(fā)這個(gè)項(xiàng)目是為了結(jié)合他對(duì)太陽能的興趣和在中等功率直流應(yīng)用中使用最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT) 的愿望。

Nathaniel 的太陽能發(fā)電機(jī)具有降壓升壓拓?fù)?DC/DC 轉(zhuǎn)換器，可以從輸入電壓升壓或降壓輸出電壓。該發(fā)生器基于 Texas Instruments C2000? Piccolo? TMS320F28035 微控制器(MCU)，可啟用 MPPT，使系統(tǒng)能夠以峰值效率或最大功率點(diǎn)運(yùn)行。最大功率點(diǎn)由 TI 的OPA2317運(yùn)算放大器檢測(cè)電流和電壓。該信息用作 MPPT 算法的輸入，該算法周期性地改變 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的輸入與輸出電壓關(guān)系以確定 MPPT 工作點(diǎn)。該系統(tǒng)還集成了用于 12V 軌的 TI LMR62014升壓常規(guī) IC、TI TPS54360用于 5V 電壓軌的降壓常規(guī) IC、用于 3.3V 和 1.8V 電壓軌的兩個(gè) TI TPS62260降壓常規(guī) IC，以及用于轉(zhuǎn)換器的柵極驅(qū)動(dòng)器。在最終的單 PCB 解決方案中，降壓轉(zhuǎn)換器將連接到面板輸入和電池，電池將從兩個(gè)電壓中較高的一個(gè)供電。然后，5V 電源軌將為 FET 柵極驅(qū)動(dòng)器的 12V 電源軌(升壓)供電，3.3V 和 1.8V 電源軌將為微控制器、傳感器電路、OLED 顯示器和其他電路供電。此外，TI ULN2003高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列具有高壓輸出以及用于切換電感負(fù)載的共陰極鉗位二極管。這對(duì)于保護(hù)電池免受過度放電和短路至關(guān)重要。

Nathaniel 在其項(xiàng)目的原型設(shè)計(jì)階段選擇使用 TI 的 C2000 Piccolo TMS320F28027 LaunchPad開發(fā)套件，因?yàn)樗峁┝吮匾恼{(diào)試和編程接口以及 5V 和 3.3V 電源。他遷移到 C2000 F28035 MCU 進(jìn)行開發(fā)，因?yàn)樵?MCU 提供了他最終項(xiàng)目所需的更多引腳數(shù)以及許多非常適合數(shù)字電源應(yīng)用的外圍功能。“配置 [F28035 MCU] 以驅(qū)動(dòng)降壓升壓轉(zhuǎn)換器不僅簡單而且功能強(qiáng)大，允許以相位關(guān)系驅(qū)動(dòng)多個(gè)轉(zhuǎn)換器，并在發(fā)生危險(xiǎn)瞬態(tài)事件時(shí)快速關(guān)閉轉(zhuǎn)換器級(jí)， ”納撒尼爾說。作為一名自稱的模擬和電源工程師，Nathaniel 也很欣賞使用帶有XDS100 調(diào)試工具的Code Composer Studio?集成開發(fā)環(huán)境來處理這個(gè)嵌入式項(xiàng)目。

Nathaniel 還評(píng)論了他為什么選擇 TI 的升壓和降壓常規(guī) IC，這些 IC 在他的項(xiàng)目中非常豐富?！拔蚁矚g TI 擁有用于產(chǎn)生軌道電壓的全面 IC 產(chǎn)品組合，”他說。他還喜歡能夠使用 TI 的WEBENCH®設(shè)計(jì)環(huán)境以更少的時(shí)間和精力快速開發(fā)設(shè)計(jì)。

這臺(tái)太陽能發(fā)電機(jī)是 Nathaniel 除了全職工作之外還從事的一個(gè)副項(xiàng)目，他最大的障礙是在周末抽出時(shí)間來保持進(jìn)度并設(shè)計(jì)他的項(xiàng)目。他說，盡管他最終可能決定將硬件作為一個(gè)完整的產(chǎn)品出售，但他目前的主要目標(biāo)是將該項(xiàng)目用作“更多的學(xué)習(xí)和探索平臺(tái)，他希望最終以某種愛好與他人分享或教育類型的能力?！? 他還希望嘗試不同的功能，并在其他工程師手中進(jìn)行測(cè)試，看看哪些功能在他的生成器中最有用。

盡管這個(gè)項(xiàng)目是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，但 Nathaniel 說：“生活在節(jié)能技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)期對(duì)我來說非常令人興奮——我希望隨著這些技術(shù)的發(fā)展，它們有助于節(jié)約能源并努力減少我們的環(huán)境足跡。 ”