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使用帶有小型太陽能電池的超級(jí)電容器進(jìn)行電源管理和能量存儲(chǔ)，第 1 部分
環(huán)境有豐富的能量，但很少有力量。能量收集可以利用環(huán)境的“無限”能源，并避免連接到主電源的成本或更換和處理電池的耗時(shí)且對(duì)環(huán)境敏感的任務(wù)。許多應(yīng)用都有成本和尺寸限制，因此本文將著眼于使用小型太陽能電池。近年來，太陽能電池已投入大量開發(fā)工作，使其成為最高效、最有效和可用的小型能量收集器。能量收集為無線傳感器等自主應(yīng)用提供了方便且具有成本效益的能量供應(yīng)，并且無線傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSN) 正變得無處不在。本文將重點(diǎn)關(guān)注環(huán)境收集的太陽能，如果在房間內(nèi)沒有檢測(cè)到，它可以為運(yùn)動(dòng)傳感器提供動(dòng)力以關(guān)閉燈，
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使用帶有小型太陽能電池的超級(jí)電容器進(jìn)行電源管理和能量存儲(chǔ)，第 2 部分
設(shè)計(jì)師面臨的首要選擇是使用單電池還是雙電池超級(jí)電容器。超級(jí)電容器是低壓器件，典型的最大電池電壓為 2.7V。具有 2 個(gè)串聯(lián)電池的雙電池超級(jí)電容器使該最大電壓翻倍。單電池解決方案成本更低，需要的空間更少，并且不需要電池平衡。如果應(yīng)用的最大-最小電壓為 3V–2V，例如 BLE，則在降低的電壓范圍(例如 2.7V–2.0V)上運(yùn)行該應(yīng)用，并使用單個(gè)電池。如果應(yīng)用最小電壓大于最大單節(jié)電壓，例如 GPRS 模塊的 3.2V，那么雙節(jié)超級(jí)電容器是直接提供峰值負(fù)載電流的超級(jí)電容器的最佳解決方案。
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使用帶有小型太陽能電池的超級(jí)電容器進(jìn)行電源管理和能量存儲(chǔ)，第 3 部分
太陽能電池會(huì)將電流輸送到短路狀態(tài)，因此如果 Vsolar_cell > 在汲取負(fù)載電流時(shí)為負(fù)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(jí)電容器電壓，這提供了固有的過電壓保護(hù)，那么最簡(jiǎn)單的充電電路如圖 7所示。二極管防止超級(jí)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(huì)耗盡超級(jí)電容器低光照水平。
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使用帶有小型太陽能電池的超級(jí)電容器進(jìn)行電源管理和能量存儲(chǔ)，第 4 部分
在本系列的前面部分中，我們回顧了太陽能電池的性能、如何選擇和尺寸超級(jí)電容器、超級(jí)電容器充電電路的要求和充電 IC 特性。我們現(xiàn)在將使用兩個(gè)案例研究來詳細(xì)說明這些屬性。 案例研究 1：在 100 勒克斯的低光照條件下，在室內(nèi)使用小型太陽能電池為使用 CAP-XX GA109 的藍(lán)牙低功耗傳感器供電 在這種情況下，我們使用了在低至 100 勒克斯的室內(nèi)光線下運(yùn)行的低功耗 BLE 傳感器。傳感器只在有光的情況下工作，因此超級(jí)電容只需要支持?jǐn)?shù)據(jù)采集和傳輸即可。
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使用帶有小型太陽能電池的超級(jí)電容器進(jìn)行電源管理和能量存儲(chǔ)，第 5 部分
在本案例研究中，我們將使用案例 1 中使用的相同太陽能電池，但在陽光明媚的日子使用戶外照明。這將用于支持每 ? 小時(shí)持續(xù) 2 秒的 SMS。SMS 突發(fā)使用 10 類 GPRS 傳輸，在 25% 占空比下具有 2A 1.1ms 脈沖。此應(yīng)用中的最大最小電壓為 3.8V – 3.0V，超級(jí)電容器應(yīng)支持 12 小時(shí)無光傳輸。CAP-XX 最近發(fā)布了從 1 到 400F 的具有成本效益的圓柱形電池系列，適用于需要更高 C 但不受工業(yè)設(shè)計(jì)限制為薄棱柱形尺寸的應(yīng)用。
