超級電容充電管理晶片（1款絕妙低功耗晶片）

2023-05-13 04:57:15 1

今天給大家分享一個「魔鬼」科研神器，直接看演示——

怎麼樣？想不想裝一個在實驗室門口，每天都能聽到直擊靈魂的一問呢？好消息，項目資料分享給大家。下拉文末獲取資料，同時還有加贈送書福利！

除了可以作為科研督促神器之外，在疫情特殊時期，這個項目還可以放在食堂、超市等公共場所門口，提醒過往人群測體溫、戴口罩。

硬體功能設計

項目實現過程非常簡單，原理就是：採用熱釋電紅外傳感器檢測是否有人經過，如果有人經過就觸發錄放音電路，播放提前錄製好的音頻，再經過功放電路驅動揚聲器發聲。

RDB223是一款數字熱釋電紅外傳感器，它的工作電流僅有10uA，觸發傳感器後，會輸出高電平，觸發錄放音電路播放錄製好的音頻。

基於ISD1820的錄放音電路，可以記錄和播放8-20秒的音頻信號，它可以直接驅動8歐姆的揚聲器，也可以連接外置的功率放大器使用。

最後是音頻功放電路，在需要時可以啟用該電路以獲得更大的輸出音量，但會增加系統的功耗。

「特殊」的電源供電設計

你以為這個項目就這麼簡單嗎？下面才是重點：系統採用的是太陽能電池和超級電容配合供電，不需要更換電池，也不需要充電，自給自足就可以完成系統的正常運營。

這樣設計還要歸功於TI的集成超級電容管理的低靜態電流雙向DC-DC變換器TPS61094（TPS61094的詳細介紹點擊這裡回看）。TPS61094掌管系統中三個電源埠的能量路徑：

當環境光照強時，TPS61094 進入 Buck_on 模式，太陽能電池板不僅可以為輸出的負載提供電源，同時可以打開旁路場效應電晶體 (FET)，為超級電容器提供恆定電流，將多餘的能量儲存在超級電容中；

當光線較弱時，太陽能電池可以和超級電容一同向負載供電；

當光照不足或沒有光照的情況下，TPS61094 進入 Boost_on 模式，關閉旁路 FET，並通過超級電容器中存儲的電荷為負載供電。

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這是具體的電源電路：

VIN是光伏電池的電源輸入，VSUP通過保險絲和一個跳線帽連接到超級電容，VOUT是TPS61094輸出的3.3V電源為系統供電。TPS61094輸出的電壓可以通過電阻R3進行設置，R3選擇4.75KΩ，輸出的電壓為3.3V：

電阻R2用於設置超級電容的充電終止電壓，本設計中採用的超級電容組耐壓是2.7V，因此設置充電終止電壓為2.6V。

R1用於設置超級電容的充電電流，充電電流最大可達0.6A，將充電電流設置為0.3A，使用100K的電阻。

現場調試效果

為了驗證項目實現的效果，特別選擇了人多的食堂門口以及實驗室門口。

兩個字形容：完美！如果感興趣想自己做的小夥伴，提供設計資料給大家參考：在「達爾聞說」回覆：科研神器，獲取資料。

超級電容 VS 電池

作為新型的儲能器件，大家對超級電容不是那麼熟悉，接下來我們就花點時間，把超級電容和電池做一個簡單的對比，一目了然：

1）應用場景：

超級電容適合在短時間的能量存儲場景，比如1分鐘儲能，支持快充和快放。還可用於各種需要高突發電流或短暫備用電池的高峰值功率和可攜式應用中，例如UPS系統。

電池則更適合長時間的能量儲存。

2）壽命：

超級電容可以循環充放電高達50萬次，但壽命會隨著溫度及工作電壓上升而縮短。

電池只能支持1千多次的充放電循環。

3）充電特性：

通常情況，超級電容充電要比電池容易，既可以接受恆壓充電，也可以接受恆流充電，隨著時間的推移，電壓是線性增長。而電池的充電要更複雜，而且取決於電池的類型。在充電過程中，電池的電壓、電流的實時監測實時調整必不可少。

4）放電特性：

當超級電容放電時，內部等效的ESR將引入一個電壓降，更重要的是隨著放電進行，電容的端電壓將線性下降，這會對後級負載或電源設計非常不利。這就要求後級電源要有更寬的輸入電壓範圍。比如在單個超級電容的後備系統中，後級電源必須要能支持低於500mV的電壓，否則將會浪費掉超級電容中存儲的一部分能量。而電池放電時，電池電壓相對穩定。當電池放電時，端電壓不能低於電池放電截止電壓。

5）漏電流：

超級電容的漏電流隨著溫度上升，會快速升高。也會因為工作電壓的下降而減小。而電池的漏電流隨溫度變化，減小的就會比較小。

一句話總結：電池能存儲更多的容量，而超級電容能提供更高的輸出功率。

TPS61094在升壓模式或降壓充電模式下的靜態電流僅有60nA，在強制旁路模式下靜態電流僅有4nA。如此低的靜態電流讓TPS61094在各類低功耗的應用場景中被廣泛的使用。TPS61094加超級電容的模式更是可以為設備提供後備電源方案。如果對TPS61094感興趣的小夥伴，可以私聊我了解更多信息。

原文連結：https://mp.weixin.qq.com/s/YIclpJq9LYSi7PCU7uBMSw
文章轉載自：STM32嵌入式開發
文章來源於：1款絕妙超低功耗晶片：超級電容太陽能實現7*24小時不間斷電源DIY（資料開源）
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