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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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这个《硬件改变世界》系列,我们挑选在前几届 Hackadayprize 大赛中获奖的优秀作品加以展示,硬件技术可以多有意思,硬件开发者可以多有创意,从这些作品中你可以看到。

2019 年 3 月,Hackadayprize 中国区赛事隆重开启,我们很期待看到国内的硬件开发者大开脑洞、大展技艺。你准备好了没,与来自全球的硬件开发者同台 PK?