DC/DC преобразователь запускается от единственного фотогальванического элемента

Texas Instruments bq25504

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2013

Marian Stofka

EDN

Среди предназначенных для сбора энергии приборов своими уникальными возможностями выделяется производимая Texas Instruments микросхема bq25504. Ее характерной особенностью является сверхнизкое напряжение холодного старта. Справочные данные гарантируют, что устройство может запускаться при напряжении питания 450 мВ, причем типовое значение этого порога еще ниже – 330 мВ. Добавив к микросхеме индуктивность и несколько резисторов и конденсаторов, можно сделать DC/DC преобразователь с беспрецедентной эффективностью, особенно в области сверхмалых мощностей.

Технических подробностей, касающихся этой микросхемы, изготовитель не раскрывает. Возможно, что столь замечательные характеристики прибора объясняются использованием внутреннего генератора на МОП-транзисторах с субмикронной шириной канала. Как известно, чем уже канал МОП транзистора, тем ниже пороговое напряжение затвор-исток. Можно предположить, что пороговое напряжение транзисторов, из которых сформирован внутренний генератор bq25504, имеет порядок 200 мВ.

 DC/DC преобразователь запускается от единственного фотогальванического элемента
Рисунок 1. Используя равное 2/3:1 соотношение напряжений VBAT_UV и VBAT_OV, во многих приложениях можно сэкономить, по крайней мере, два прецизионных резистора.

Показанная на Рисунке 1 схема несколько отличается от типовой схемы включения, приведенной в справочных данных на bq25504. Опорное напряжение VBAT_OV (порог отключения при повышенном входном напряжении) внутренне умножается на 3/2 относительно опорного напряжения VBAT_UV (порог отключения при пониженном входном напряжении). Если вас устраивает ограничение напряжения батареи диапазоном от VBAT_UV до (3/2)×VBAT_UV, входы VBAT_UV и VBAT_OV можно включить так, как показано на схеме, используя единственный резистивный делитель для двух входов, вместо отдельного делителя на каждый вход.

Это позволяет не только сэкономить на компонентах, но и, не ухудшив общей эффективности схемы, выбрать резисторы с меньшим суммарным сопротивлением RUV1 + RUV2 = 4.67 МОм. В результате улучшится помехозащищенность входов VBAT_UV и VBAT_OV.

С помощью микросхемы bq25504 можно забирать от входного источника максимально возможную мощность. Из-за своего нелинейного характера фотогальванический элемент отдает наибольшую мощность при напряжении, составляющем примерно 80% от напряжения холостого хода. Соответствующую рабочую точку фотоэлемента PD задают резисторы ROC1 и ROC2. Эта микросхема даже может корректировать положение рабочей точки, отслеживая медленные изменения параметров источника.

Были проведены эксперименты с использованием солнечного элемента диаметром 7.5 см, расположенного горизонтально на поверхности стола в одном метре от окна. Несмотря на то, что за окном был солнечный день, через окно прямые солнечные лучи практически не проходили. В этих условиях измеренный ток короткого замыкания солнечного элемента равнялся 16.27 мА. Заметим, что при прямой ориентации фотоэлемента на солнце ток достигал 300 мА. При отсутствии нагрузки преобразователя выходные напряжения VBAT и VSTOR менялось от 4.396 В до 4.404 В. Эта вариация в 0.1% может быть связана с тем, что для компенсации саморазряда конденсаторов CBAT и CSTOR повышающий преобразователь работает в прерывистом режиме, сравнительно долгое время оставаясь в выключенном состоянии. Напряжение на выводах солнечного элемента в отсутствие нагрузки преобразователя равнялось 0.441 В.

После того, как к выходу VBAT был подключен нагрузочный резистор 10 кОм, «флуктуации» VBAT и VSTOR исчезли, и оба напряжения стали равными 4.4 В. Постоянная составляющая входного напряжения упала до 0.4073 В. Дополнительно затенив солнечный элемент металлической пластиной, я сумел получить рабочую точку, в которой выходное напряжение по прежнему равнялось 4.4 В, в то время, как среднее значение напряжение на контактах фотоэлемента снизилось до 0.336 В. Вероятно, в этой точке преобразователь перешел в режим непрерывной проводимости. (Отметим, что хотя в справочных данных на bq25504 VSTOR обозначен, как вывод для подключения нагрузки, в нашем случае в качестве выхода используется VBAT, поскольку даже низкое выходное напряжение зачастую лучше, чем полное отсутствие энергии).

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: DC-DC converter starts up and operates from a single photocell

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

bq25504 Купить ЦенаКупить bq25504 на РадиоЛоцман.Цены — от 170 до 506
16 предложений от 16 поставщиков
16-QFN (3x3) Микросхемы, упаковка Tape & Reel (TR) 250шт. Минимум 250шт.
Стандарт СИЗ
Россия
BQ25504RGTT
Texas Instruments
170 ₽
Элитан
Россия
BQ25504RGTR
Texas Instruments
176 ₽
AliExpress
Весь мир
A6280 A8426 A8434 A8435 A8530 BQ24072 BQ24073 BQ24074 BQ24075 BQ24079 BQ24230 BQ24232 BQ25504 BQ76PL102 CDCLVD1204 clvd2cd
478 ₽
РИВ Электроникс
Россия
BQ25504RGTT
Texas Instruments
302 ₽
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя