Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Mikromocowy harvester solarny dla IoT

Mikromocowy harvester solarny dla IoT
Pobierz PDF Download icon

W artykule zaprezentowano moduł niewielkiego harvestera dostarczającego napięcie 3,3 V, współpracującego z fotoogniwem, przeznaczonego do zasilania urządzeń IoT.

Podstawowe parametry:
  • napięcie wyjściowe 3,3 V,
  • prąd wyjściowy zawiera się w przedziale od kilku do kilkudziesięciu mA i zależy od zastosowanego fotoogniwa,
  • zdolność do pracy ze źródłami o niskim napięciu >250 mV,
  • dopuszcza pracę z napięciem wejściowym wyższym od napięcia wyjściowego.

Układ bazuje na kontrolerze LTC3150. Integruje on wszystkie elementy niezbędne do realizacji przetwornicy podwyższającej napięcie, obwody pomocnicze takie jak komparator ULVO i dodatkowy stabilizator LDO, ułatwiające aplikację. Cechą charakterystyczną LTC3105 jest zdolność do pracy ze źródłami o niskim napięciu (>250 mV) i niewielkiej mocy z możliwością zastosowania algorytmu punku mocy maksymalnej MPPC.

Budowa i działanie

Schemat zasilacza solarnego został pokazany na rysunku 1. Napięcie wejściowe z niewielkiego panelu solarnego o napięciu znamionowym 3 V jest doprowadzone do gniazda SC.

Rysunek 1. Schemat ideowy układu

Wbudowana przetwornica podwyższająca, stabilizuje napięcie wyjściowe VOUT ustalone dzielnikiem R5, R4. W modelu wynosi ono 3,3 V, wartość napięcia może zostać skorygowana w zakresie 1,6...5,25 V wg wzoru:

Vout = 1.004 (R5/R4+1)

Przetwornica dopuszcza pracę z napięciem wejściowym wyższym od napięcia wyjściowego (VIN>VOUT), ale odbywa się to kosztem sprawności przetwarzania, która w optymalnych warunkach może sięgać 90%. Prąd wyjściowy przetwornicy zależy oczywiście od mocy zastosowanego ogniwa SC, stosunku napięć VIN/VOUT i zawiera się praktycznie w przedziale od kilku do kilkudziesięciu mA.

LTC3105 wyposażony jest w obwód pomocniczego stabilizatora LDO, który może zasilać obwody krytyczne dla pracy urządzenia, np. zasilając procesor nadzorujący, przy wyłączonych peryferiach. Napięcie wyjściowe LDO ustalane jest dzielnikiem R2, R3 w zakresie 1,4...5 V zgodnie ze wzorem:

Vout= 1.004 (R2/R1+1)

W modelu wynosi 2,5 V, pobór prądu nie powinien przekraczać 6 mA. Dla uzyskania 1,8 V wartość R2 zmieniamy na 787 kΩ. Należy pamiętać o zachowaniu marginesu napięcia zasilania co najmniej 105 mV dla stabilizatora LDO.

Sygnał PG sygnalizuje przekroczenie progu 90% napięcia wyjściowego VOUT przetwornicy. Rezystor R1=0 Ω wyłącza działanie układu MPPC. Prąd wyprowadzenia MPPC określony jest na 10 μA, dobierając odpowiednio R1 ustalamy napięcie MPPC dla konkretnego typu ogniwa zasilającego.

Montaż i uruchomienie

Układ zmontowany jest na niewielkiej dwustronnej płytce drukowanej, której schemat wraz z rozmieszczeniem elementów pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2. Schemat płytki PCB, wraz z rozmieszczeniem elementów

Montaż układu nie wymaga dokładnego opisu, prawidłowo zmontowany wygląda jak na fotografii tytułowej.

W zależności od wymogów aplikacji i parametrów ogniwa SC dobieramy wartości R1, R2, R5. Dla sprawdzenia działania układu podłączamy wejście do napięcia 2,5 V poprzez rezystor 0,5 Ω/1 W i sprawdzamy napięcie wyjściowe 3,3 V oraz napięcie LDO. Jeżeli wszystko działa poprawnie, podłączamy ogniwo i sprawdzamy działanie układu przy oświetleniu słonecznym.

Przetwornica LTC3105 jest zoptymalizowana do współpracy ze źródłami o wysokiej rezystancji szeregowej, takimi jak ogniwa PV, generatory TEG, współpraca z akumulatorem może doprowadzić do problemów ze startem przetwornicy i uszkodzenia układu lub akumulatora. Układ dobrze współpracuje z mikromocowymi fotoogniwami AM Panasonic np.: AM-5412, AM-5213. Jednak należy zbilansować moc ogniwa i wymogi aplikacji oraz sprawdzić czy warunki oświetleniowe są wystarczające do zasilania współpracującego układu.

Adam Tatuś
adam.tatus@ep.com.pl

Wykaz elementów:
Rezystory: (SMD 0805, 1%)
  • R1: 0 Ω
  • R2: 1,5 MΩ
  • R3, R4: 1 MΩ
  • R5: 2,32 MΩ
Kondensatory: (SMD 0805)
  • C1, C3, C4: 10 μF
  • C2: 1 μF
  • C5: 22 pF
Półprzewodniki:
  • U1: LTC3105EDD (DFN10)
Inne:
  • L1: 10 μH dławik DJNR4018-100M
  • PWR: złącze SIP4 2,54 mm
  • SC: złącze SIP2 2,54 mm
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
wrzesień 2020
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Materiały dodatkowe

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik luty 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio marzec 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje luty 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna luty 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich luty - marzec 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów