随着物联网的发展,很多智能电子设备都朝着低功耗方向发展,光能,风能,机械能等不同的自然能源都能被利用起来作为电子设备的能量来源,本文要分享一款太阳能充电电路。
前言
大家好,我又来分享电路了,这次的电路比较干货,绝对不会让大家失望!一来作为自己记录,二来还是希望抛砖引玉,希望大家能够提出修改建议,使得电路更加完善。
本充电电路适用于物联网领域的低功耗电子产品,供电电压在5V内的电路,室内光照,比如日光灯的亮度,也能够满足电路正常工作的要求!
再次说明,电路是产品上确实使用的,我在介绍的时候有理论基础,但是不会对理论基础说明解释太多,我会尽量用简单的语言去表达效果,实在是有不懂的小伙伴可以自己补补基础知识或者评论区提问。
我是矜辰所致,全网同名,尽量用心写好每一系列文章,不浮夸,不将就,认真对待学知识的我们,矜辰所致,金石为开!
一、电路原型及元器件
首先用示意图表示一下电路的原型:
那么需要实现这个电路,需要用到的2个必不可少的元件:超级电容,太阳能电池板。
太能能电池板做为电路原型中的能量来源,超级电容作为电路原型中的储能设备。
1.1 超级电容
什么是超级电容?
借用百度百科的解释(其他具体的特性可以自行查看):
为什么用超级电容而不用电池?
简单来说就是:使用场景和超级电容的特点。
超级电容充放电电路比电池简单;
超级电容体积小适用于物联网的小型低功耗产品;
超级电容能量转换效率高,自放电小;
和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响。
超级电容的样子
超级电容有各种各样,在我们今天推荐的电路中,我使用的超级电容长相如下:
在超级电容的选择上,要根据自己的需求来选择超级电容的参数。
在一般的单片机应用电路中,常用的有 3.3V 供电或者 5V 供电的系统,对应的超级电容主要参数就是最大电压值和容量:
注意超级电容的容量越大,不仅意味着所需要的充电时间越长,也意味着整个电路“启动”的时间越长,因为容量大,所以需要达到负载能够正常运行的电压的启动时间越长!
相对来说松下和 ELNA 的超级电容是质量比较好的,当然国内也有很多厂家也是还不错的:比如我使用过的一款型号为:EECF5R5U155。(上面产品实物图就是用的这个型号,仅供参考)
1.2 太阳能电池板
什么是太阳能电池板?
这个就一张图就行了吧:
但是需要说明的是,我们的应用场合,并不需要用到图中这么大的太阳能电池板,用 非晶硅太阳能电池片 来形容更加合适,上面的太阳能电池板也是由许多小型的 太阳能电池片 组合起来的。
其中电流指标影响着充电的速度,其实也代表着电池板的工艺水平,这点我们倒是不用太在意,充电快一点和充电慢一点,虽然确实是产品的一个重要指标,但不是我们需要讨论的范畴。
电池板有2个电压指标,一个开路电压,一个工作电压。
开路电压可以简单而定理解,它给超级电容充电理论能充到的最大电压值。
工作电压可以简单的理解为,带了负载以后,他能输出的最大电压,但是工作电压这个点其实要根据实际负载情况以及使用情况来看的,我个人认为他是不准确的(厂家肯定是根据某一个测试环境,用一个标准的负载给它做的参数标定),随着负载的改变他是会改变的。
结合上面的超级电容型号,我们可以选择合适的太阳能电池板,比如超级电容3.6V的,你想要能使得超级电电容充满,就得选择开路电压大于3.6V的太阳能电池板。当然,超级电容不充满也是可以使用的,具体选择看自己的使用场景。
二、电路原理图
上面我们把基础介绍完毕了,根据上面的介绍的原型图,我们可以先画一个最简单的框架:
当然这个电路肯定不能直接使用,我们需要对他进行必要的改进。
2.1 基本改进
首先是基本的改进,防止没光照的时候电流倒灌,损坏太阳能电池板,所以我们需要加上二极管:
2.2 过压保护
上面的电路,我们得加上一个过压保护,就是在超级电容充满的时候使得充电电路断开,一旦负载电路消耗了超级电容的电量导致电压下降,又可以打开充电电路继续充电。
那么自然而然的,我们得加一个开关电路,如下:
低压保护
虽然上面说到的如果有电池在,通过二极管的反向漏电流,会使得超级电容电压不会太低,但是如果产品没有电池,或者电池没电了呢。
实际使用,在没有光照的情况下,我们不想超级电容过度的放电,因为电压降到负载需要的最低电压以下,负载电路已经不能正常工作了,但是超级电容其实连接着负载电路,还是会一直消耗电量。
这时候我们可以对超级电容的输出部分做一个开关控制: