擺脫電線的束縛，通過(guò)能量收集實(shí)現(xiàn)超低功耗LiPo充電器

2019 Hackadayprize 中國(guó)區(qū)賽事正在火熱報(bào)名 ing，我們將為大家介紹在過(guò)去幾屆 Hackadayprize 中獲獎(jiǎng)的作品，希望能給你帶來(lái)啟發(fā)！快點(diǎn)來(lái)報(bào)名參賽，12.5 萬(wàn)美元的終極大獎(jiǎng)在等你認(rèn)領(lǐng)：https://www.cirmall.com/hackadayprize_2019

我一直在使用 ESP8285 和其他 MCU 進(jìn)行大量的環(huán)境傳感項(xiàng)目，電池壽命也是一個(gè)大問(wèn)題，即使對(duì)于功耗相對(duì)較低的 STM32L4 也是如此。如果沒(méi)有超大尺寸的電池或者在幾個(gè)小時(shí)后不得不充電，那么小尺寸和長(zhǎng)壽命的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)先級(jí)難以管理。

對(duì)于可穿戴應(yīng)用程序或要求遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用程序而言，這兩者都不可接受 除了通過(guò)各種低功耗策略降低能耗之外，一種解決方案是從環(huán)境中獲取能量。高效，廉價(jià)的太陽(yáng)能電池使其成為環(huán)境數(shù)據(jù)記錄器等遠(yuǎn)程應(yīng)用的理想選擇，BQ25504 可以輕松為太陽(yáng)能電池供電！低（> 330 mV）冷啟動(dòng)閾值甚至可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明的實(shí)際能量收集。

這是一個(gè)小板子（0.5×0.5 英寸），使用德州儀器 BQ25504 具有電池管理功能的超低功耗升壓轉(zhuǎn)換器為能量收集應(yīng)用。

來(lái)自數(shù)據(jù)表：“bq25504 器件是智能集成能量收集納米功率管理解決方案的新系列中的第一款，非常適合滿足超低功耗應(yīng)用的特殊需求。該器件專為高效采集和管理而設(shè)計(jì)從光伏（太陽(yáng)能）或熱發(fā)電機(jī)等各種直流電源產(chǎn)生的微瓦（μW）到毫瓦（mW）的功率。bq25504 是同類產(chǎn)品中第一款實(shí)現(xiàn)針對(duì)產(chǎn)品的高效升壓轉(zhuǎn)換器 / 充電器的設(shè)備和系統(tǒng)，例如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN），它們具有嚴(yán)格的功率和操作要求。bq25504 的設(shè)計(jì)始于 DC-DC 升壓轉(zhuǎn)換器 / 充電器，只需要微瓦的功率即可開(kāi)始工作。

BQ25504 是一款具有極高靈活性的高效升壓轉(zhuǎn)換器，可用于使用各種能量源的電能為電池充電。在這里，我選擇設(shè)置升壓轉(zhuǎn)換器的參數(shù)，為像這樣的標(biāo)準(zhǔn)單電池，4.2 V LiPo 電池充電。BQ25504 采用最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）方法，該方法調(diào)節(jié)充電器的輸入阻抗，以保持太陽(yáng)能電池的最大效率。我已將 MPPT 設(shè)置為太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓的 78％。

BQ25504 可以保護(hù) LiPo 電池免受欠壓，過(guò)電壓可能導(dǎo)致?lián)p壞，以及過(guò)電壓以防止過(guò)度充電。過(guò)壓和欠壓保護(hù)閾值由電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)定，我選擇將其放電至 3.27 V，過(guò)充電至 4.27 V。

電池 OK 閾值為 3.58 V，電池滯后閾值為 3.78 V. 當(dāng)電池電壓低于 3.58 V 時(shí)，電池 OK 引腳將切換為 LOW。當(dāng)電池電壓高于 3.78 時(shí)，電池 OK 引腳將切換為 HIGH。 V. 換句話說(shuō)，在降低電池電壓（由于放電）時(shí)，中斷將下降并保持低電平（并且板載綠色 LED 將熄滅）低于 3.58 V，并且在增加電池電壓（由于充電）時(shí)中斷將上升并保持高電平（綠色 LED 將保持亮起）高于 3.78 V. 電池正常引腳允許 MCU 監(jiān)控電池充電狀態(tài)。這個(gè)想法是 MCU 可以檢測(cè)電池 OK 引腳何時(shí)降至 LOW 邏輯狀態(tài)（一種中斷）并限制大負(fù)載，直到太陽(yáng)能電池能夠?qū)㈦姵爻潆姷阶阋灾С执?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E6%B5%81/">電流消耗的水平。

這聽(tīng)起來(lái)很復(fù)雜，需要一些時(shí)間來(lái)掌握數(shù)據(jù)表中的所有細(xì)節(jié)，但在應(yīng)用程序中使用 BQ25504 非常簡(jiǎn)單。將太陽(yáng)能電池連接到 IN 端口，將 LiPo 電池連接到 BAT 端口。使用 OK 引腳作為電池充電檢測(cè)中斷，只需將 SYS 電源（3.3 - 4.3 V！）和 GND 連接到 MCU 的 VIN / GND 引腳即可。

我一直在使用 BQ25504 和這個(gè)小型 2.2V 太陽(yáng)能電池來(lái)為我的 SensorTile 環(huán)境數(shù)據(jù)記錄項(xiàng)目提供動(dòng)力。我發(fā)現(xiàn)在 6 小時(shí)的直射陽(yáng)光（~20 klux）下，我平均每小時(shí)產(chǎn)生~7 mA（效率> 90％?。阋宰?1.8 mA 傳感器瓷磚無(wú)限期運(yùn)行。

如果你對(duì)這個(gè)項(xiàng)目感興趣，想獲取完整信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：

https://hackaday.io/project/158837-ultra-low-power-lipo-charger-via-energy-harvesting

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有人說(shuō)硬件技術(shù)將很快達(dá)到極限，而在我們看來(lái)，硬件創(chuàng)新，尤其是中國(guó)硬件工程師的創(chuàng)新，還遠(yuǎn)未走到盡頭，而只是剛剛開(kāi)始。作為致力于為全球硬件開(kāi)發(fā)者提供技術(shù)共享服務(wù)的平臺(tái)，與非網(wǎng)母公司 SupplyFrame 旗下最大的全球硬件開(kāi)發(fā)者社區(qū) Hackaday.com 已連續(xù)五年舉辦全球硬件開(kāi)發(fā)者大賽 Hackadayprize，有超過(guò) 3000 多個(gè)硬件團(tuán)隊(duì)在這個(gè)賽事中互動(dòng)交流、切磋技藝。

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這個(gè)《硬件改變世界》系列，我們挑選在前幾屆 Hackadayprize 大賽中獲獎(jiǎng)的優(yōu)秀作品加以展示，硬件技術(shù)可以多有意思，硬件開(kāi)發(fā)者可以多有創(chuàng)意，從這些作品中你可以看到。



2019 年 3 月，Hackadayprize 中國(guó)區(qū)賽事隆重開(kāi)啟，我們很期待看到國(guó)內(nèi)的硬件開(kāi)發(fā)者大開(kāi)腦洞、大展技藝。你準(zhǔn)備好了沒(méi)，與來(lái)自全球的硬件開(kāi)發(fā)者同臺(tái) PK？