為了簡(jiǎn)化儀器、監(jiān)視和控制應(yīng)用的無(wú)線通信所需的配電系統(tǒng)，電源設(shè)計(jì)師努力尋找不依賴電網(wǎng)的器件。電池顯然是立即能想到的解決方法，讓人們出現(xiàn)了能不依賴電網(wǎng)的幻想，但是電池要更換或再充電，這意味著最終還是要連接到電網(wǎng)上，而且要昂貴的人工干預(yù)和維護(hù)。我們提出用能量收集的方法，使用這種方法時(shí)，能量是從緊挨著儀器的環(huán)境中收集的，無(wú)需連接到電網(wǎng)就可以使儀器永久運(yùn)行，而且最大限度地減少或消除了維護(hù)需求。

可以收集各種環(huán)境能源以出現(xiàn)電能，包括機(jī)械振動(dòng)、溫度差和入射光。其中，光伏能量收集有廣泛的適用范圍，因?yàn)楣鈳缀醯教幎加?，光?PV)電池價(jià)格相對(duì)較低，而且與其他環(huán)境能量收集解決方法相比，能出現(xiàn)相對(duì)較高的功率。因?yàn)楣夥芰渴占椒ü?yīng)相對(duì)較高的能量輸出，所以可用來(lái)給無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)供電，還可用來(lái)給較高功率的電池充電應(yīng)用供電，以延長(zhǎng)電池壽命，從而在某些情況下完全無(wú)需有線充電。

串聯(lián)連接的高壓光伏電池組能供應(yīng)充足的功率，但單節(jié)光伏電池解決方法卻很少見(jiàn)，因?yàn)閱喂?jié)光伏電池在有負(fù)載情況下出現(xiàn)的電壓很低，從這么低的電壓難以出現(xiàn)有用的電源軌。幾乎沒(méi)有升壓型轉(zhuǎn)換器能從電壓很低、阻抗相對(duì)較高的單節(jié)光伏電池出現(xiàn)輸出。不過(guò)，LTC3105是專門(mén)為應(yīng)對(duì)這類挑戰(zhàn)而設(shè)計(jì)。該器件具有超低的250mV啟動(dòng)電壓和可編程最大功率點(diǎn)控制，能從富有挑戰(zhàn)性的光伏電源出現(xiàn)大多數(shù)應(yīng)用所需的典型電壓軌(1.8～5V)。

了解光伏電池電源

可以用一個(gè)電流源與一個(gè)二極管并聯(lián)來(lái)建立光伏電源的電模型，如圖1所示。更復(fù)雜的模型可顯示一些次要影響，但是就我們的目的而言，這個(gè)模型足夠充分了。

圖1簡(jiǎn)單的光伏電池模型

反映光伏電池特性的兩個(gè)常見(jiàn)參數(shù)是開(kāi)路電壓和短路電流。光伏電池的典型電流和電壓曲線如圖2所示。請(qǐng)注意，短路電流是該模型電流發(fā)生器的輸出，而開(kāi)路電壓是該模型二極管的正向電壓。隨著光照射量的新增，該發(fā)生器出現(xiàn)的電流也新增，同時(shí)IV曲線向上移動(dòng)。

圖2典型的光伏電池I-V曲線