从单节光伏电池收集能量

为了简化仪器、监视和控制应用的无线通信所需的配电系统，电源设计师努力寻找不依赖电网的器件。电池显然是立即能想到的解决方案，让人们产生了能不依赖电网的幻想，但是电池需要更换或再充电，这意味着最终还是要连接到电网上，而且需要昂贵的人工干预和维护。我们提出用能量收集的方法，使用这种方法时，能量是从紧挨着仪器的环境中收集的，无需连接到电网就可以使仪器永久运行，而且最大限度地减少或消除了维护需求。

可以收集各种环境能源以产生电能，包括机械振动、温度差和入射光。其中，光伏能量收集有广泛的适用范围，因为光几乎到处都有，光伏(pV)电池价格相对较低，而且与其他环境能量收集解决方案相比，能产生相对较高的功率。因为光伏能量收集方法提供相对较高的能量输出，所以可用来给无线传感器节点供电，还可用来给较高功率的电池充电应用供电，以延长电池寿命，从而在某些情况下完全无需有线充电。

串联连接的高压光伏电池组能提供充足的功率，但单节光伏电池解决方案却很少见，因为单节光伏电池在有负载情况下产生的电压很低，从这么低的电压难以产生有用的电源轨。几乎没有升压型转换器能从电压很低、阻抗相对较高的单节光伏电池产生输出。不过，LTC3105是专门为应对这类挑战而设计。该器件具有超低的250mV启动电压和可编程最大功率点控制，能从富有挑战性的光伏电源产生大多数应用所需的典型电压轨(1.8～5V)。

了解光伏电池电源

可以用一个电流源与一个二极管并联来建立光伏电源的电模型，如图1所示。更复杂的模型可显示一些次要影响，但是就我们的目的而言，这个模型足够充分了。

图1简单的光伏电池模型

反映光伏电池特性的两个常见参数是开路电压和短路电流。光伏电池的典型电流和电压曲线如图2所示。请注意，短路电流是该模型电流发生器的输出，而开路电压是该模型二极管的正向电压。随着光照射量的增加，该发生器产生的电流也增加，同时IV曲线向上移动。

图2典型的光伏电池I-V曲线

为了从光伏电池抽取最大功率，电源转换器的输入阻抗必须与电池的输出阻抗匹配，从而使系统能在最大功率点上工作。图3显示了一个典型的单节光伏电池的功率曲线。为了确保抽取最大功率，光伏电池的输出电压应该与功率曲线的峰值点相对应。LTC3105调节提供给负载的输出电流，以保持光伏电池的电压等于最大功率点控制引脚设定的电压。因此可用单个电阻器设定最大功率点，并确保从光伏电池抽取最大功率和峰值输出充电电流。

图3典型光伏电池的功率曲线