摆脱电线的束缚,通过能量收集实现超低功耗LiPo充电器

2019-04-15 10:32:24 来源:EEFOCUS
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我一直在使用ESP8285和其他MCU进行大量的环境传感项目,电池寿命也是一个大问题,即使对于功耗相对较低的STM32L4也是如此。如果没有超大尺寸的电池或者在几个小时后不得不充电,那么小尺寸和长寿命的竞争优先级难以管理。

 

对于可穿戴应用程序或要求远程监控的应用程序而言,这两者都不可接受 除了通过各种低功耗策略降低能耗之外,一种解决方案是从环境中获取能量。高效,廉价的太阳能电池使其成为环境数据记录器等远程应用的理想选择,BQ25504可以轻松为太阳能电池供电!低(> 330 mV)冷启动阈值甚至可以实现室内照明的实际能量收集。

 

 

这是一个小板子(0.5×0.5英寸),使用德州仪器BQ25504 具有电池管理功能的超低功耗升压转换器为能量收集应用。

 

 

来自数据表:“bq25504器件是智能集成能量收集纳米功率管理解决方案的新系列中的第一款,非常适合满足超低功耗应用的特殊需求。该器件专为高效采集和管理而设计从光伏(太阳能)或热发电机等各种直流电源产生的微瓦(μW)到毫瓦(mW)的功率。bq25504是同类产品中第一款实现针对产品的高效升压转换器/充电器的设备和系统,例如无线传感器网络(WSN),它们具有严格的功率和操作要求。bq25504的设计始于DC-DC升压转换器/充电器,只需要微瓦的功率即可开始工作。

 

BQ25504是一款具有极高灵活性的高效升压转换器,可用于使用各种能量源的电能为电池充电。在这里,我选择设置升压转换器的参数,为像这样的标准单电池,4.2 V LiPo电池充电。BQ25504采用最大功率点跟踪(MPPT)方法,该方法调节充电器的输入阻抗,以保持太阳能电池的最大效率。我已将MPPT设置为太阳能电池开路电压的78%。

 

 

BQ25504可以保护LiPo电池免受欠压,过电压可能导致损坏,以及过电压以防止过度充电。过压和欠压保护阈值由电阻网络设定,我选择将其放电至3.27 V,过充电至4.27 V。


电池OK阈值为3.58 V,电池滞后阈值为3.78 V.当电池电压低于3.58 V时,电池OK引脚将切换为LOW。当电池电压高于3.78时,电池OK引脚将切换为HIGH。 V.换句话说,在降低电池电压(由于放电)时,中断将下降并保持低电平(并且板载绿色LED将熄灭)低于3.58 V,并且在增加电池电压(由于充电)时中断将上升并保持高电平(绿色LED将保持亮起)高于3.78 V.电池正常引脚允许MCU监控电池充电状态。这个想法是MCU可以检测电池OK引脚何时降至LOW逻辑状态(一种中断)并限制大负载,直到太阳能电池能够将电池充电到足以支持大电流消耗的水平。


这听起来很复杂,需要一些时间来掌握数据表中的所有细节,但在应用程序中使用BQ25504非常简单。将太阳能电池连接到IN端口,将LiPo电池连接到BAT端口。使用OK引脚作为电池充电检测中断,只需将SYS电源(3.3 - 4.3 V!)和GND连接到MCU的VIN / GND引脚即可。

 

 

我一直在使用BQ25504和这个小型2.2V太阳能电池来为我的SensorTile环境数据记录项目提供动力。我发现在6小时的直射阳光(~20 klux)下,我平均每小时产生~7 mA(效率> 90%!),足以让1.8 mA传感器瓷砖无限期运行。

 

如果你对这个项目感兴趣,想获取完整信息请访问:

https://hackaday.io/project/158837-ultra-low-power-lipo-charger-via-energy-harvesting

 

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李昭
李昭

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