一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)重視的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中占據(jù)重要地位，被人們?cè)絹碓綇V泛地應(yīng)用于日常生活中的數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制等方面。它通常由由傳感器電路、微控制器電路、無線通信電路、電源供電電路這四部分構(gòu)成。
隨著無線感應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的增加，其節(jié)點(diǎn)功能也在增加，但無線傳感器節(jié)點(diǎn)功能的增加總是伴隨著功耗的增加。雖然人們將作為無污染的綠色環(huán)保能源的太陽能廣泛地應(yīng)用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)的戶外工作中，但戶外工作時(shí)所采用的太陽能供電和電池充電的蓄能方式是有限的。
此時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的電源電路就顯得尤為關(guān)鍵，它將決定無線傳感器節(jié)點(diǎn)能否長(zhǎng)期穩(wěn)定的正常工作，能否實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入能量、輸出能量最高效地利用，實(shí)現(xiàn)電源控制電路最低功耗的控制。
二、太陽能電源管理電路的設(shè)計(jì)關(guān)鍵
- 充電方面，電源管理電路需要對(duì)電池充電電流和電池端電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以免發(fā)生過度充電導(dǎo)致的漏液現(xiàn)象。
- 放電方面，電源管理電路需要對(duì)電池進(jìn)行放電保護(hù)，以免過度充電損壞電池。
- 電源管理電路需要進(jìn)行太陽能電池板的最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum power point tracking，MPPT）。
2014年，Wang DaMei設(shè)計(jì)了一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的、太陽能電池板為兩節(jié)串聯(lián)鉛蓄電池的小功率（5W以下）太陽能電源管理電路。該電源管理電路具有能源利用率高、壽命長(zhǎng)、合理分配輸出能量等特點(diǎn)，電源管理電路的轉(zhuǎn)換率高達(dá)80%以上，靜態(tài)工作電流小于1mA，隨著溫度和光強(qiáng)的不同，電源管理電路課可以智能地實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）和動(dòng)態(tài)電源管理。
其設(shè)計(jì)的電源管理電路采用兩級(jí)能量機(jī)構(gòu)，選用充電電池作為主級(jí)能量?jī)?chǔ)存單位，超級(jí)電容為次級(jí)能量?jī)?chǔ)存單位，一起構(gòu)成雙能量?jī)?chǔ)存結(jié)構(gòu)，極大提高了太陽能面板的輸出能量利用率。選用的鉛蓄電池即使在底紋的工作環(huán)境也保持良好的放電性能，且浮充特性好，不會(huì)過充。設(shè)計(jì)的額電源管理電路通過對(duì)DCDC電路輸出電流采樣、單片機(jī)調(diào)節(jié)PWM來實(shí)現(xiàn)太陽能電池板的MPPT。其后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)電路成本低廉、穩(wěn)定性和可靠度高。
三、電源管理電路部分組成選擇：
- 單晶硅太陽能電池板 4.5V，3W
- 兩個(gè)串聯(lián)的超級(jí)電容 2.7V，200F
- 充電鉛蓄電池 4.2V，5Ah
- 微控制器電壓＜3.3V，休眠電流＜1uA
- 一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)
- DCDC電路選擇Sepic電路
【太陽能電源管理電路整體結(jié)構(gòu)圖】
四、Sepic變換電路設(shè)計(jì)參數(shù)：
此DCDC電路需要可升壓降壓，并且電路轉(zhuǎn)化率盡量高，所以選擇了具有升降壓特性，輸入輸出同極性，且開關(guān)元件低端驅(qū)動(dòng)的Sepic（single ended inductor converter）電路。
- 輸入電壓Vin=1V-7V
- 輸出電壓Vout=0.5V-5V
- 電流Iout=10mA~600mA
- 輸出整流二極管正向壓降Vd=0.3V
- 開關(guān)頻率50KHz
【Sepic電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)】
【電源路徑管理電路】
電源路徑管理電路中的MOS 管開關(guān)S1,S2,S3的導(dǎo)通和閉合實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能量流動(dòng)的控制，而這些控制可以通過微控制器編程實(shí)現(xiàn)。
在這個(gè)電源管理電路中，當(dāng)鉛蓄電池充滿電時(shí)，可監(jiān)測(cè)到鉛蓄電池電壓較高，此時(shí)應(yīng)該進(jìn)行恒壓小電流充電；若監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出電流過大，則應(yīng)將能量的一部分儲(chǔ)存的超級(jí)電容中，對(duì)電池和電容同時(shí)充電；而微控制器若保持輸出電流小于或等于鉛蓄電池的可承受最大充電電流，輸出電流就可向電池進(jìn)行充電。
五、太陽能電源管理電路中MOS管的選擇：
此太陽能電源管理電路中應(yīng)用的MOS管除了要保證能承受所經(jīng)的峰值電壓和峰值電流外，還需要盡量減少耗散功率。
- Vds＞Vin+Vout=7V+5V=12V
- ID＞5.29A
- 若MOS耗損太大，則應(yīng)在MOS管上添加散熱片
可供選擇的VBsemi微碧MOS管型號(hào)
①VBZE9N03
②VBZE80N03
③VBZE40N03
④VBZE30N02
⑤VBE1206
【可供選擇的VBsemi微碧MOS管型號(hào)】
六、微碧半導(dǎo)體MOS管封裝及應(yīng)用
微碧半導(dǎo)體企業(yè)主要產(chǎn)品的封裝有：SOP-8 、TO-220（F）、TO-263、TO-247、TO-252、TO-251、SOT-23、SOT-223、SOT-89、QFN等系列封裝產(chǎn)線。
微碧部分MOS管產(chǎn)品封裝
廣泛應(yīng)用于3C數(shù)碼、安防設(shè)備、測(cè)量?jī)x器、廣電教育、家用電器、軍工/航天、可穿戴設(shè)備、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)IoT、新能源、醫(yī)療電子、照明電子、智能家居、電腦主板顯卡、MID\UMPC 、GPS、藍(lán)牙耳機(jī)、PDVD、車載DVD、汽車音箱、液晶顯示器、移動(dòng)電源、手機(jī)電池（鋰電池保護(hù)板）、LED電源等產(chǎn)品。微碧半導(dǎo)體有限公司以飽滿的激情，拼搏務(wù)實(shí)的干勁，不斷創(chuàng)新進(jìn)取，致力于為客戶群體打造出一座高效、便捷、直通、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)橋梁。
七、參考文獻(xiàn)
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