使用模擬元件管理低功耗太陽能系統(tǒng)中的電源

出處：維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于：2023-10-27 17:29:08 | 291 次閱讀

　　從大型面板到從幾個光電二極管收集的微瓦功率，太陽能在自主供電系統(tǒng)中越來越普遍。隨著全球范圍內(nèi)向使用更多“綠色”能源的低功耗運(yùn)行方向發(fā)展，人們越來越重視在更多不同的環(huán)境中部署太陽能。
　　在低功率太陽能系統(tǒng)中，評估在給定時間是否有足夠的陽光來為系統(tǒng)供電至關(guān)重要。在某些情況下，這涉及確定是否有足夠的電力來啟用微控制器。在許多超低功耗系統(tǒng)中，喚醒微控制器進(jìn)行電壓測量的簡單行為可能會導(dǎo)致太陽能崩潰或浪費(fèi)存儲電容器的寶貴電力。
　　一種解決方案是將簡單的模擬運(yùn)算放大器合并到系統(tǒng)中。超低功耗模擬運(yùn)算放大器可以支持微控制器周圍的“始終開啟”電路，并且可能是最簡單、最好的解決方案。
　　超低功耗運(yùn)算放大器
　　圖 1 至圖 3 顯示了一些簡單電路，這些電路使用超低功耗運(yùn)算放大器以連續(xù)“始終開啟”測量模式評估太陽能電池的狀態(tài)。該技術(shù)依賴于使用總功率盡可能低的運(yùn)算放大器，主要由超低電源電壓運(yùn)行驅(qū)動。
　　圖 1 中的電路顯示了處于光伏零偏置模式的光電二極管。測量短路電流并將其轉(zhuǎn)換為電阻器 R1 兩端的電壓，同時運(yùn)算放大器的反饋?zhàn)饔闷仁?D1 兩端電壓為 0 V。零偏置光伏電流是一個方便的參數(shù)，通常具有良好的特性，可以直接參考大多數(shù)光電二極管制造商的數(shù)據(jù)表。請注意，對于模擬運(yùn)算放大器（在本例中為 Touchstone Semiconductor 的 TS1001 運(yùn)算放大器）的軌到軌輸入范圍，光電二極管可以直接連接到正電源電壓軌。
　

　　圖 2 中的電路為類似的零偏置模式測量生成簡單的正極性輸出。在這種情況下，運(yùn)算放大器對其輸出進(jìn)行伺服，以吸收足夠的電流來支持 D1 的零偏置條件。這會在 TS1001 的負(fù)電源電壓引腳上的電阻器 R1 上產(chǎn)生電壓。由于該超低功耗運(yùn)算放大器對該電流的貢獻(xiàn)小于 1 μA，因此從 D1 測量的電流誤差最小。

　為了進(jìn)行更全面的評估，圖 3 中的電路測試太陽能源，看看它是否可以處理負(fù)載。所示電路進(jìn)行此評估時不會給微控制器帶來負(fù)擔(dān)，也不會冒測量期間電源崩潰的風(fēng)險。

大約每 100 毫秒，電路將太陽能電池電源與其儲能電容器和負(fù)載斷開一次，施加測試負(fù)載 (R1) 并評估由此產(chǎn)生的電壓降。如果電壓下降 25% 或更多，結(jié)果將被鎖存到 U2 中，并向微控制器提供電源狀態(tài)。

　　該超低功耗電路在 1V 電壓下的電流消耗低于 3μA。運(yùn)算放大器 U1 提供定時器功能并控制晶體管開關(guān) T1 和 T2 以施加測試負(fù)載，同時斷開負(fù)載。電容器 C1 暫時保持電壓，以保持該電路和任何備用負(fù)載供電。運(yùn)算放大器 U2 用作比較器，當(dāng)電源電壓下降超過 25%（具有 5% 遲滯）時就會跳閘。晶體管 T3 鎖存結(jié)果，而晶體管 T4 在每個評估周期內(nèi)重置鎖存器以確保新的讀數(shù)。
　　這種測試負(fù)載對于確定太陽能電池的可用功率很有用，因?yàn)閮H僅測量開路電壓通常不能提供準(zhǔn)確的評估。
　　評估“永遠(yuǎn)在線”電路
　　一般來說，超低功耗運(yùn)算放大器（例如 Touchstone Semiconductor 的 TS1001）是支持“始終開啟”模擬電路的絕佳選擇。例如，保證在 1V 電壓下運(yùn)行且消耗小于 1μA 電流的運(yùn)算放大器可以配置為濾波器并持續(xù)開啟，以便進(jìn)行 ADC 測量的微控制器在濾波器穩(wěn)定時不必保持通電狀態(tài)。
　　總之，超低功耗運(yùn)算放大器在低功耗太陽能系統(tǒng)中非常有用，可在施加負(fù)載之前評估太陽能電池的可用功率，并且通常支持待機(jī)、“始終開啟”電路，同時消耗的電流可以忽略不計。

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