小型光伏电池在能量收集中的应用

我们以一个基于能量收集的工业监测系统为例进行研究，比如：埋置于偏僻荒野之中的地下输油管，它需要连续监测其流速、温度和压力（沿管道每50米为一段）。每个节点均具有内置于管道壁中的温度、压力和流量传感器。必须每5秒钟进行一次测量并报告测量结果。由于输油管线长达数百英里，因此铺设供电和信息线路将非常昂贵，且必须提供不间断的维护，有可能需要进行代价高昂的修理。另外，定期更换电池也将是一项很花钱的工作，这是因为电池的数目十分庞大，而且偏僻地域的道路往往崎岖难行。我们所需要的是一种能够持续产生足够功率的电源——它随时可用并可自我保持。最常见和易于使用的能量源之一可能是一个与诸如电池或超级电容器等储能元件协同运作的小型太阳能电池，用于在夜间及恶劣天气条件下提供持续供电。

　　能量收集IC

　　凌力尔特公司近期推出了LTC3105，这是一款超低电压升压型转换器，专为大幅度地简化收集和管理那些来自低电压和高阻抗替代电源（例如：光伏电池、TEG（热电发生器）和燃料电池）之能量的任务而设计。该器件的同步升压型设计可在低至250mV的输入电压条件下启动，因而使其非常适合甚至是处于不太理想照明条件下的极小光伏电池收集能量。其0.2V至5V的宽输入电压范围使得它成为众多应用的合适之选。一个集成的最大功率点控制器（MPPC）使得能够直接从高阻抗电源（比如光伏电池）来运作，从而防止输入电源电压骤降至可由用户来设置的MPPC以下。峰值电流限值自动进行调节，以最大限度地增加从替代能源所吸取的功率，而突发模式操作则可将静态电流减小至仅18μA，从而优化转换器的效率。

　图2中示出的电路采用LTC3105从单个光伏电池给单节锂离子电池充电。该电路使电池能够在太阳能电源可用时持续充电，而反过来，当太阳能电源不再可用时，电池也能够利用储存的能量来为某个应用电路（例如：一个无线传感器节点）供电。

　　LTC3105能够在低至250mV的电压条件下起动。在启动期间，AUX输出最初利用停用的同步整流器来充电。当VAUX达到约1.4V时，转换器将退出启动模式并进入正常操作状态。在启动期间未启用最大功率点控制器；然而，在内部将电流限制至足够低的水平以从弱输入电源实现启动。当转换器处于启动模式时，位于AUX和VOUT之间的内部开关处于停用状态，而且LDO被停用。典型的启动序列实例请参阅图3。

　　当输出电压高于输入电压和》1.2V时，同步整流器被使能。在该模式中，位于SW和GND之间的N沟道MOSFET被使能，直到电感器电流达到峰值电流限值为止。一旦达到电流限值，N沟道MOSFET将关断，而位于SW和受驱动输出之间的P沟道MOSFET被使能。此开关保持接通状态，直到电感器电流减小至谷值电流限值以下为止，然后该循环将重复。当VOUT达到稳压点时，连接至SW引脚的N沟道和P沟道MOSFET被停用，转换器将进入睡眠模式。

　　为了给微控制器和外部传感器供电，一个集成的LDO提供了一个6mA稳压电源轨。集成的MPPC电路允许用户针对某种给定的电源来设定最佳的输入电压工作点。此外，该MPPC电路还可动态地调节平均电感器电流，以防止输入电压降至MPPC门限以下。

　　本文小结

　 电源管理是实现远程无线检测的关键一面。不过，电源管理的实现必须从设计理念开始就是正确的。因此，系统设计人员和系统规划人员从一开始就必需划分其电源管理需求的优先顺序，以确保高效率设计以及从长远来看部署是成功的。LTC3105是一款能量收集DC/DC转换器，专为大幅度地简化收集和管理那些来自低电压和高阻抗替代电源（例如：光伏电池、TEG和燃料电池）之能量的任务而设计。板载最大功率点控制对于在各种条件下从众多能量源所提取的能量进行了优化