本文讨论了一种围绕无感的方式 DC/DC 由变换器和太阳能电池组成的3.3 V 电源电路。 我最近设计了一个电路板，让我有机会探索太阳能在嵌入式设备中的应用。我的想法如下： 我想要一个参考设计，它将以一种非常紧凑和直接的方式使用环境光产生3.3 V 基于微控制器的嵌入式系统。我测试了足够的董事会来确认它的工作，尽管它也有主要的限制。在本文中，我将重点介绍板的示意图设计。
保持小规模 我项目的总体目标是开发一种将太阳能融入可穿戴设备和物联网传感器等小型低功耗设备的简单方法。到目前为止，我观察到的性能并没有给我留下太深刻的印象，但整个解决方案的规模相当好。主要部件为7mm × 22mm 单晶太阳能电池(p/n KXOB22-01X8F)微电荷泵 DC/DC 转换器(p/n LTC3204EDC-3.3)。
从这个数据表中获得的图像
图片由 Digi-Key 提供
除了太阳能电池和电荷泵，你需要的是电容： 输入电容器、电荷泵电路电容器和输出电容器。我很高兴知道你可以把太阳变成稳定的3.3 V 电源只有一个太阳能电池，一个微型六针集成电路和三个电容器。更好的是，所有三个电容器都有相同的价值，这使得订购零件和组装电路板更容易。 我的执行 下面的示意图摘录显示了我设计的太阳能3.3 V 电源。我包括四个输出电容器，这使我能够添加和删除更高或更低的输出电容器作为实验的影响。如上所述，虽然只有一个输出电容器（最低2）μF)是必需的。
正如你所看到的，很难与这种方法的简单性竞争。BOM 有三行工程，相互连接非常简单。所有电容器表面都可以安装陶瓷类型； 我推荐 X7R。最困难的部分是安装 LTC3204，这不仅很小，而且是一个无引线软件包和热垫。在我的热风枪和一些低温铋基焊膏的帮助下，我可以很容易地完成它。 限制 在我谈论这个设计的任何积极的事情之前，让我们回顾一下消极的方面：
- 它没有超级电容器或电池，换句话说，它没有长期储存能量的方法。这是一种在阳光下工作的装置。
- 电荷泵集成电路只有在太阳能电池暴露在全太阳下时才能达到适当的调节。这是一个意想不到的限制，我将在接下来的项目文章中进一步探讨。底线，就我所知，是只有充分的太阳能产生足够的太阳能电池电流，以充分供应所需的输入电流的 LTC3204。
- 即使在全日照条件下，可用的输出电流也相当低。太阳能电池的最大容量为4.4毫安，这对于高速微控制器的运行是不够的，我猜射频通信也不是很可行。 重案组 我的电路板不仅包括太阳能充电泵电源，还包括微控制器电路：
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- 微控制器是来自硅实验室的 EFM8瞌睡蜂。在32.768 kHz 只需要90个工作频率μA 电源电流。
- 开关允许我从太阳能电池电路或从硅实验室开始 USB 调试适配器为微控制器供电。调试适配器提供5伏，因此您需要一个 LDO (瞌睡蜂的 VDD 范围是1.8-3.6伏)。
- 32.768 kHz 晶体使我能够实现低电流消耗和高精度的实时钟应用。不需要电容器； 晶体直接连接 XTAL3和 XTAL4引脚，然后通过固件配置负载电容。
电荷泵 LTC3204有四种风格： (固定)输出电压可为3.3 V 或5 V，在突发模式或恒频模式下(没有模式选择引脚； 您必须指定与所需模式对应的部件号)。我选择了突发模式。我不确定太阳能是否有明显的好处，但在紧急情况下，空载输入电流要低得多。考虑到我太阳能电池板的输出电流限制，这似乎是一个有益的特点。
取自 LTC3204数据表。 B后缀的零件编号是非突发模式的版本 LTC3204保持稳定的3.3 V 输出，输入电压从1.8 V 到4.5 V; 这使得它与 KXOB22-01X8F 太阳能电池相当匹配：
太阳能电池的电压可达4.7 V，严格超越 LTC3204的输入范围。然而，绝对最大输入电压为6伏，因此太阳能电池的电压永远不会超过甚至接近绝对最大输入电压。我怀疑4.输入7伏会造成任何问题。
结论 我们已经看到了太阳能驱动微控制器板的原理图设计。它使用一个简单紧凑的电荷泵集成电路来生成一个可调的3.3 V 电力轨道。这是一个小而便宜的解决方案，可以集成到各种低功耗设备中。虽然它有很大的局限性，但我目前需要更多的计划来修改设计 PCB 房地产，但作为地产提供了更高的性能和更容易组装。