一、無線傳感器網絡

無線傳感器網絡在我國重視的物聯網發展中占據重要地位，被人們越來越廣泛地應用于日常生活中的數據采集、工業控制等方面。它通常由由傳感器電路、微控制器電路、無線通信電路、電源供電電路這四部分構成。隨著無線感應器網絡應用領域的增加，其節點功能也在增加，但無線傳感器節點功能的增加總是伴隨著功耗的增加。雖然人們將作為無污染的綠色環保能源的太陽能廣泛地應用于無線傳感器節點的戶外工作中，但戶外工作時所采用的太陽能供電和電池充電的蓄能方式是有限的。此時，設計一個性能良好的電源電路就顯得尤為關鍵，它將決定無線傳感器節點能否長期穩定的正常工作，能否實現對輸入能量、輸出能量最高效地利用，實現電源控制電路最低功耗的控制。

二、太陽能電源管理電路的設計關鍵

• 充電方面，電源管理電路需要對電池充電電流和電池端電壓進行實時監控，以免發生過度充電導致的漏液現象。
• 放電方面，電源管理電路需要對電池進行放電保護，以免過度充電損壞電池。
• 電源管理電路需要進行太陽能電池板的最大功率點跟蹤（Maximum power point tracking，MPPT）。

一種在無線傳感器網絡中應用的、太陽能電池板為兩節串聯鉛蓄電池的小功率（5W以下）太陽能電源管理電路。該電源管理電路具有能源利用率高、壽命長、合理分配輸出能量等特點，電源管理電路的轉換率高達80%以上，靜態工作電流小于1mA，隨著溫度和光強的不同，電源管理電路課可以智能地實現最大功率點跟蹤（MPPT）和動態電源管理。其設計的電源管理電路采用兩級能量機構，選用充電電池作為主級能量儲存單位，超級電容為次級能量儲存單位，一起構成雙能量儲存結構，極大提高了太陽能面板的輸出能量利用率。選用的鉛蓄電池即使在底紋的工作環境也保持良好的放電性能，且浮充特性好，不會過充。設計的額電源管理電路通過對DCDC電路輸出電流采樣、單片機調節PWM來實現太陽能電池板的MPPT。其后續實驗結果也證實電路成本低廉、穩定性和可靠度高。

三、電源管理電路部分組成選擇：

• 單晶硅太陽能電池板 4.5V，3W
• 兩個串聯的超級電容 2.7V，200F
• 充電鉛蓄電池 4.2V，5Ah
• 微控制器電壓＜3.3V，休眠電流＜1uA
• 一個ZigBee節點
• DCDC電路選擇Sepic電路

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  四、Sepic變換電路設計參數：

  此DCDC電路需要可升壓降壓，并且電路轉化率盡量高，所以選擇了具有升降壓特性，輸入輸出同極性，且開關元件低端驅動的Sepic（single ended inductor converter）電路。

• 輸入電壓Vin=1V-7V
• 輸出電壓Vout=0.5V-5V
• 電流Iout=10mA~600mA
• 輸出整流二極管正向壓降Vd=0.3V
• 開關頻率50KHz

電源路徑管理電路中的MOS 管開關S1,S2,S3的導通和閉合實現了系統能量流動的控制，而這些控制可以通過微控制器編程實現。在這個電源管理電路中，當鉛蓄電池充滿電時，可監測到鉛蓄電池電壓較高，此時應該進行恒壓小電流充電；若監測系統輸出電流過大，則應將能量的一部分儲存的超級電容中，對電池和電容同時充電；而微控制器若保持輸出電流小于或等于鉛蓄電池的可承受最大充電電流，輸出電流就可向電池進行充電。

五、太陽能電源管理電路中MOS管的選擇：

此太陽能電源管理電路中應用的MOS管除了要保證能承受所經的峰值電壓和峰值電流外，還需要盡量減少耗散功率。

Vds＞Vin+Vout=7V+5V=12V

• ID＞5.29A
• 若MOS耗損太大，則應在MOS管上添加散熱片