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开发工具包提供低风险的进入太阳能收集

2019-07-14 03:19发布

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　　太阳能采收在高度精密的设备中得到了支持，这些设备集成了一套完整的功能，以最大限度地将太阳能转化为电能。工程师们可以通过利用包括模拟设备、德州仪器和STMicroelectronics在内的能源获取集成电路制造商的低成本评估工具，快速获得对这些设备的更深入了解——以及一般的能源收获原则。　　尽管太阳能光伏电池的概念是直接的，但高效的能源收获系统的实施依赖于大量的细节。在这些细节中，太阳能光伏板的正确加载至关重要，因为光伏板的最大输出在光伏板的功率曲线上的一个精确点上。这个最大功率点(MPP)可以改变在一个曲线族与各种相关因素,包括光照亮了面板的强度、环境温度、年龄和健康的光伏电池面板和面板电压由面板上的负载(图1)。因此,最有效的能量采集设计采用maximum-power-point跟踪翻译(MPPT)方法,动态地调整加载在光伏电池在MPP维持其运作。　　由面板上的负载确定的面板电压图形。
　       　图1:在影响太阳能转换的各种因素中，由负载确定的光伏电池或面板电压可以极大地改变最大功率点。　　MPPT优化方法可能是复杂的——事实上，MPPT算法一直是学术界和业界研究的课题。尽管如此，专业的能量采集设备，如模拟设备ADP5090、STMicroelectronics SPV1050和德州仪器bq25505提供了集成的MPPT功能，可以满足许多能源采集应用的需要。尽管这些mppt能够简化高效的能量收集系统的实现，但它们本身是复杂的设备，需要仔细关注与它们的配置和操作相关的细节。　　专门的能量收集设备需要很少的外部组件来实现一个具有MPPT的先进的太阳能采集器。事实上,模拟ADP5090,圣SPV1050和TI bq25505可以用作能量采集电源能够清除µwatt-level环境来源,而向负载提供电源管理和费用管理为可充电电池和超级电容器。例如，只有少量的被动元件，模拟的ADP5090可以直接驱动诸如MCUs和RF收发器等外部设备，并与诸如ADI的ADP161这样的电压调节装置一起工作，以提供像传感器这样的电压敏感器件(图2)。　　模拟装置图ADP5090。
　　图2:像模拟设备ADP5090这样的专门的能量采集设备需要很少的外部组件来提供完整的太阳能采集设计，包括MPPT功能、电源管理和电池充电能力。(由模拟设备)　　每一种装置都采用类似的方法，利用MPP电压(VMPP)与太阳能电池或热电发电机(TEG)的开路电压(VOC)之间的恒定线性关系。　　方程1
　　常数k依赖于特定的PV单元或面板。通常情况下，太阳能电池在其MPP上，当负载到大约70%到80%的开路电压和TEGs在MPP时，当负载到大约50%的VOC时。集成电路制造商使用这种关系，通过一个简单的电阻网络将VMPP设置成适当的百分比。例如，模拟ADP5090使用一对电阻R1和R2设置VMPP(见图2，上图)。使用这种设备,VMPP = VOC×R1 /(R1 + R2),R2在哪里连接的电阻器VIN(VOC)翻译ADP5090的MPPT销和R1将翻译从MPPT连接到接地的图。　　在ADP5090的正常运行过程中，该设备将在连接到CBP pin的电容器上的pin MPPT上采样的VMPP参考电压进行存储。为了确保采样的VMPP实际上是太阳能电池的MPP，该设备周期性地刷新取样的VMPP:每19秒，ADP5090将其集成的boost调节器进行296毫秒的禁用，并重新采样开路电压，从而导致VIN的周期性峰值(图3)。　　模拟装置图ADP5090 VIN spike。
　　图3:模拟装置ADP5090等MPPT设备的操作可以显示出微妙的副作用，如VIN的峰值与集成的MPPT算法相关联的VOC采样。(由模拟设备)　　虽然MPPT的抽样特性是ADP5090功能能力的一个重要方面，但MPPT只是其中之一。对于一个工程师采用能量收获寻找充电电池或其他驱动电路,设备如ADP5090包括一组复杂的功能,包括促进监管,负责管理、备用电源,和一组不同的信号如PGOOD表明可用功率,最小功率操作级别,和电源的选择,和其他很多。　　模拟装置ADP5090-2- evalz评估套件提供了一个完整的能量采集系统，让工程师可以推迟对ADP5090配置问题的深入理解，转而专注于其用于能量采集、电池充电和电源管理的功能。实际上，该组件包括图2所示的全部组件(包括ADP161电压调整器，但不包括图中所示的MCU或ADF7xxx射频收发器)。例如,翻译工具完全配置为MPPT,使用值R1 = 18 MΩ和R2 = 4.7 MΩ提供设置VMPP VOC的80%。　　为了评估使用bq25505设备的能源收获，德州仪器bq25505EVM提供了一套跳线，允许工程师轻松地将VMPP/VOC比率设置为几个预设值。类似于模拟ADP5090, TI bq25505样品VMPP的一个固定比例的VOC由一个电阻网络设置。在TI评估套件中，工程师可以使用该板的跳线来轻松地将太阳能电池的比例设定为80%，或以50%为标准。　　除了使用适当的电阻器来设置VMPP/VOC比，能量转换的效率还依赖于合适的电容和电感器的选择，这些电容和电感通常用来提高从低功率源获取能量的设计的电压水平。为了促进转换的正常运行，电感值必须足够允许至少30%的边缘，通常高于预期的峰值感应电流。　　同样，输入电容的选择是至关重要的，选择不当会极大地影响效率。例如，在STMicroelectronics SPV1050所使用的400毫秒的采样时间内，输入电容CIN由能量源充电，其时间常数由电容和源的等效电阻决定。如果电容太高,电容器不得带电400毫秒的时间窗口内,因此翻译影响MPPT精度和整体转换效率(图4)。通过使用圣STEVAL-ISV020V1评估工具,然而,工程师们正在向一个正确配置SPV1050-based能量采集设计优化能源开采环境来源的能力。　　STMicroelectronics SPV1050 MPPT错误图。
　　图4:电阻、电感和电容的适当大小对于确保最大的能量收集效率至关重要。在此，对于ST SPV1050能量采集集成电路的输入电容过大，可能导致MPPT错误和效率损失。凯利讯半导体　　专门用于从太阳能和其他能源中获取能量的专用设备，如模拟设备ADP5090、STMicroelectronics SPV1050和德州仪器bq25505提供了包括MPPT优化、充电管理和备份电源功能在内的复杂功能。对于能够充分利用其全部功能的设计人员来说，这些设备提供了大量的好处，可以创建非常复杂的能量收集应用程序，而且几乎没有其他组件。随着基于这些设备的评估工具的可用性，工程师不仅可以对这些设备有更深入的了解，而且还能对一般的能源收获原则有更深入的了解。

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