使用模擬元件管理低功耗太陽(yáng)能系統(tǒng)中的電源
出處:維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于:2023-10-27 17:29:08 | 364 次閱讀
在低功率太陽(yáng)能系統(tǒng)中,評(píng)估在給定時(shí)間是否有足夠的陽(yáng)光來(lái)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(lái)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(cè)量的簡(jiǎn)單行為可能會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能崩潰或浪費(fèi)存儲(chǔ)電容器的寶貴電力。
一種解決方案是將簡(jiǎn)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(kāi)啟”電路,并且可能是最簡(jiǎn)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(jiǎn)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(kāi)啟”測(cè)量模式評(píng)估太陽(yáng)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(dòng)。
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(cè)量短路電流并將其轉(zhuǎn)換為電阻器 R1 兩端的電壓,同時(shí)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(gè)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(qǐng)注意,對(duì)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(cè)量生成簡(jiǎn)單的正極性輸出。在這種情況下,運(yùn)算放大器對(duì)其輸出進(jìn)行伺服,以吸收足夠的電流來(lái)支持 D1 的零偏置條件。這會(huì)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(duì)該電流的貢獻(xiàn)小于 1 μA,因此從 D1 測(cè)量的電流誤差最小。

為了進(jìn)行更全面的評(píng)估,圖 3 中的電路測(cè)試太陽(yáng)能源,看看它是否可以處理負(fù)載。所示電路進(jìn)行此評(píng)估時(shí)不會(huì)給微控制器帶來(lái)負(fù)擔(dān),也不會(huì)冒測(cè)量期間電源崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。
大約每 100 毫秒,電路將太陽(yáng)能電池電源與其儲(chǔ)能電容器和負(fù)載斷開(kāi)一次,施加測(cè)試負(fù)載 (R1) 并評(píng)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(shí)器功能并控制晶體管開(kāi)關(guān) T1 和 T2 以施加測(cè)試負(fù)載,同時(shí)斷開(kāi)負(fù)載。電容器 C1 暫時(shí)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(guò) 25%(具有 5% 遲滯)時(shí)就會(huì)跳閘。晶體管 T3 鎖存結(jié)果,而晶體管 T4 在每個(gè)評(píng)估周期內(nèi)重置鎖存器以確保新的讀數(shù)。這種測(cè)試負(fù)載對(duì)于確定太陽(yáng)能電池的可用功率很有用,因?yàn)閮H僅測(cè)量開(kāi)路電壓通常不能提供準(zhǔn)確的評(píng)估。
評(píng)估“永遠(yuǎn)在線”電路
一般來(lái)說(shuō),超低功耗運(yùn)算放大器(例如 Touchstone Semiconductor 的 TS1001)是支持“始終開(kāi)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(kāi)啟,以便進(jìn)行 ADC 測(cè)量的微控制器在濾波器穩(wěn)定時(shí)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(yáng)能系統(tǒng)中非常有用,可在施加負(fù)載之前評(píng)估太陽(yáng)能電池的可用功率,并且通常支持待機(jī)、“始終開(kāi)啟”電路,同時(shí)消耗的電流可以忽略不計(jì)。
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