为了简化仪器、监督和操控运用的无线通信所需的配电体系，电源规划师尽力寻觅不依托电网的器材。电池显然是立即能想到的解决计划，让人们发生了能不依托电网的梦想，可是电池需求替换或再充电，这意味着终究仍是要衔接到电网上，并且需求贵重的人工干预和保护。咱们提出用能量搜集的办法，运用这种办法时，能量是从紧挨着仪器的环境中搜集的，无需衔接到电网就能够使仪器永久运转，并且最大极限地削减或消除了保护需求。
能够搜集各种环境动力以发生电能，包含机械振动、温度差和入射光。其间，光伏能量搜集有广泛的适用规模，由于光简直处处都有，光伏（PV）电池价格相对较低，并且与其他环境能量搜集解决计划比较，能发生相对较高的功率。由于光伏能量搜集办法供给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运用供电，以延伸电池寿数，然后在某些状况下彻底无需有线充电。
串联衔接的高压光伏电池组能供给满足的功率，但单节光伏电池解决计划却很罕见，由于单节光伏电池在有负载状况下发生的电压很低，从这么低的电压难以发生有用的电源轨。简直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发生输出。不过，LTC3105是专门为应对这类应战而规划。该器材具有超低的250mV发动电压和可编程最大功率点操控，能从赋有应战性的光伏电源发生大多数运用所需的典型电压轨（1.8～5V）。
了解光伏电池电源
能够用一个电流源与一个二极管并联来树立光伏电源的电模型，如图1所示。更杂乱的模型可显现一些非有必要影响，可是就咱们的意图而言，这个模型满足充分了。
图1 简略的光伏电池模型
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。跟着光照耀量的添加，该发生器发生的电流也添加，一同 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有必要与电池的输出阻抗匹配，然后使体系能在最大功率点上作业。图3显现了一个典型的单节光伏电池的功率曲线。为了保证抽取最大功率，光伏电池的输出电压应该与功率曲线的峰值点相对应。LTC3105 调理供给给负载的输出电流，以坚持光伏电池的电压等于最大功率点操控引脚设定的电压。因而可用单个电阻器设定最大功率点，并保证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 可供给多少功率？
用光伏电池可发生多少功率取决于多种要素。电池的输出功率与投射到电池上的光强度、电池的总面积以及电池的功率成正比。大多数光伏电池都规定在彻底直射的太阳光 （1000W/m2） 下运用，可是在大多数运用中，不行能有这么抱负的条件。就依托太阳光作业的设备来说，可从电池取得的峰值功率或许十分简单改变，由于气候、时节、烟雾、尘埃和太阳光入射角的改变，今日与明日比较有或许相差10倍。在满足的太阳光照下，晶体电池视电池特性的不同而有所不同，典型输出功率约为每平方英寸40mW。面积为几平方英寸的光伏电池满足给多个长途传感器供电以及给电池涓流充电了。
比较之下，靠室内照明光作业的设备可用能量要少得多。常见的室内照明光的强度约为满足太阳光的0.25%（室内照明光强度与太阳光强度的巨大不同难以发觉，由于人眼能习惯很宽的光照强度规模）。室内运用可用的光照量低得多，因而出现了一些规划上的应战。即便面积为4平方英寸的大型高功率晶体电池，在典型办公室照明条件下，也仅能发生860μW功率。
挑选最大功率点操控电压
图4显现了LTC3105 运用的最大功率点操控机制的模型。图3显现了光伏电池的功率曲线。请注意，当电池电压上升而脱离峰值功率点时，光伏电池的功率就会从峰值点急剧下降。因而，一般更期望低于抱负值而不是高于抱负值的操控电压，由于功率曲线在高压端下降得更快。
图4 最大功率点操控机制
当挑选MPPC盯梢电压时，各种不同的作业条件都有必要考虑。一般状况下，最大功率点不会跟着照明条件的改变而明显移动。因而，有或许做到的是，挑选一个盯梢电压，以在很宽的照明强度规模内，坚持挨近最大功率点作业。即便在极点照明状况下，作业点或许不是精确地坐落最大功率点上，输出功率比较理性状况的下降一般也仅为5%～10%。
就图5所示功率曲线而言，0.4V的MPPC电压在两种极点照明条件下都发生挨近最大功率点的功用。在这两种状况下，与最大功率点之间的电压差约为20mV，然后发生了不到3%的功率丢失。
图5 当挑选最大功率点电压时，挑选较低的电压以避免电压陡降
作为一个经历规律，最大功率点操控电压应该约为光伏电池开路电压的75%～80%。让电池盯梢这样的电压，所发生的电池输出电流为短路电流的75%～80%。
在室外照明状况下给锂离子电池充电
运用光伏电源的运用面对的应战之一是，在漆黑和光照量较低的状况下，输入功率缺乏。就大多数运用而言，这种应战使得有必要运用能量存储组件，例如满足大的超级电容器或可再充电电池，以在最长预期漆黑时间内也能正常供电。
运用图6所示的LTC3105电路和一个2英寸×1英寸的多晶光伏电池给锂离子电池充电，所测得的充电电流曲线如图7所示。图7中上面的曲线显现，在气候晴朗、阳光满足的典型状况下的充电电流；下面的曲线则显现，在阴云密布时观察到的充电电流。即便在这类光照量很低的状况下，在整个白日也能坚持250μA或更大一些的充电电流，这相当于给电池供给了一共 6mAh 的充电。
图 6 锂离子电池充电电路
图 7 两平方英寸光伏电池的充电曲线 挑选适宜的能量存储器材
就贮存搜集的能量而言，有许多可选计划，包含品种繁复的可再充电电池技能和高能量密度电容器。没有一种技能能适用于一切运用。为运用挑选存储组件时，要考虑许多要素，包含自放电速率、最大充电和放电电流、电压灵敏度和周期寿数。
在光伏运用中，自放电速率特别重要。在大多数光伏电源运用中，可用充电电流都很有限，高的自放电速率或许耗费大部分来自光伏电源的可用能量。有些能量存储组件 （例如大型超级电容器）自放电电流或许超越100μA，这又或许明显削减白日充电周期堆集的净电荷。
另一个要害考虑要素是能量存储器材的充电速率。例如，最大充电电流为300μA的锂离子币形电池需求在电池和 LTC3105输出之间有一个大的电阻器，以避免过流状况。这或许约束能搜集的能量，然后削减可用于运用的能量。
在许多状况下，充电速率与另一个重要要素“周期寿数”成正比。存储组件的周期寿数决议该组件不必保护能够在现场作业多长时间。一般来说，更快的充电和放电会缩短组件的作业寿数。超级%&&&&&%器具有十分长的周期寿数，而用相对较高的电流（电荷》1C）给电池充电会缩短寿数。除了充电和放电速率，每个充电/放电周期的深度也或许影响电池寿数，周期越深，寿数越短。
某些类型的电池，特别是锂离子电池和薄膜电池，最高和最低电压都有必要细心操控。在LTC3105运用中，最高充电电压得到了杰出操控，由于当输出进入安稳状况后，转换器停止充电。为了避免过充电，LTC3105可与LTC4071并联电池充电器一同运用，如图8所示。
图8 用单节光伏电池作业的锂离子涓流充电器
图9 单节光伏电池镍氢金属电池涓流充电器
图10 单节电池供电的长途无线传感器
定论
LTC3105是一款完好的单芯片解决计划，适用于从低本钱、单节光伏电池搜集能量。其集成的最大功率点操控和低压发动功用答应直接用单节光伏电池作业，并保证最佳能量抽取。LTC3105可用来直接给电路供电，或给能量存储器材充电，以答应在漆黑或光照很少时作业。LTC3105使其有或许完成自主长途传感器节点、数据搜集体系，以及其他要求不依托电网和最低极限保护的运用。
