隨著全球能源需求繼續(xù)推動油價上漲，所有應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計工程師都在研究利用“免費”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)于最大功率點跟蹤（MPPT）算法已經(jīng)進行了無數(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)太復雜，太昂貴，坦率地說，需要太多的能量才能對低功率太陽能應(yīng)用多大用處。

考慮一個需要3.3V電源軌的應(yīng)用，提供僅幾十微瓦的平均功率，峰值功率達到幾十毫瓦。例如，這可以是間歇運行的遠程無線傳感器、酒店門鎖、工業(yè)控制設(shè)備等。該設(shè)計將考慮能量收集裝置（太陽能電池板），儲能裝置（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G24i產(chǎn)品有一些經(jīng)驗，所以我將重點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 勒克斯時提供約 200mW 的功率，在 465 勒克斯時提供 1000mW 的功率。請記住，典型的辦公室照明范圍約為 320 – 500 勒克斯。對于低功耗應(yīng)用，另一個關(guān)鍵規(guī)格是發(fā)生最大功率時的輸出電壓（VMP）。對于 Indy4050，VMP 在 1 勒克斯時為 8.200V，在 2 勒克斯時為 0.1000V。如果兩個模塊串聯(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。考慮PowerStream的PGEB016144 3.7V / 200mAh電池。740mWh的容量可以為平均數(shù)百微瓦的負載供電數(shù)千小時，使太陽能電池板有足夠的機會為電池充電。它只有 1 毫米× 44 毫米× 61 毫米。此外，兩個串聯(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。兩個模塊的開路電壓在 5 lux 時約為 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，請參見圖2。當一個 3.7V 的電池電壓且采用 3.3V 電源無負載時，LTC4070 和 LTC3388 的組合靜態(tài)電流僅為 1.2μA！實際上，光伏電池產(chǎn)生的每個電子都會進入電池進行存儲。

圖2.LTC4070 和 LTC3388 能量收集系統(tǒng)

我在不使用LTC3388的情況下運行了這種配置兩天多，以驗證性能。為了代替LTC3388，我只需直接在電池上加載一個4kΩ負載（略低于1mA – 接近4mW），并將設(shè)置留在外部。在測試的所有52小時內(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。通過更多的實驗和優(yōu)化，我相信這個~4mW的恒負載應(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數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，我只是走到設(shè)置并在實驗過程中測量了幾個點）：

圖3.為電池充電

那么為什么我只運行了這個實驗 52 小時呢？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)品確實可以以極高的效率使用（在糟糕的太陽能到電力效率達到之后 - 我對此無能為力）。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。另一個關(guān)鍵是將太陽能電池板與儲能元件相匹配。如果儲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行，則不需要花哨的MPPT算法。

審核編輯：郭婷