Pequeño panel solar + ultracondensador + zener

Estoy construyendo un sensor "intermitente" muy pequeño y de baja potencia, alimentado por un panel solar diminuto y un ultracondensador. Funciona con un voltaje de 1,9 V a 3,3 V, pero el alcance de la radio transmitida depende en gran medida de ello.

Cuando usé un regulador de voltaje LDO, tuve que "apuntar" a un voltaje más bajo de lo necesario para que funcionara correctamente. Pero tener un voltaje constante no es obligatorio en mi caso: me beneficiaría más de una potencia más alta cuando el sol brilla mucho.

¿Cuál es la compensación si me deshago del regulador LDO y simplemente limito la tensión máxima con un diodo Zener como se muestra a continuación?

No quiero que el zener consuma energía mientras el circuito está inactivo, debido a su corriente de fuga. Así que lo moví "antes" del diodo schottky habitual.

Además, uso un valor de zener ligeramente más alto para compensar la caída de voltaje de Schottly, para cargar la tapa al voltaje máximo que soporta el circuito.

Aún así, tengo la extraña sensación de que hay un inconveniente. ¿Soy demasiado cauteloso?

Además, el diminuto panel solar probablemente no alcanzará su peligroso nivel de 4V cuando esté cargado. En realidad, incluso podría despertar la MCU para mantener una carga cuando la tensión es "demasiado" alta, pero supongo que este es un negocio más riesgoso.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Se ve bien. Probablemente pueda jugar con zeners de baja corriente (ON tiene algunos excelentes), tal vez incluso dos en serie si no puede encontrar un voltaje exacto y deshacerse del shottky para ganar algo de voltaje.
Además, ¿cuánta corriente estamos tomando? ¿Puede permitirse alguna corriente de reposo para un regulador?
Establezca el LDO en 3,3 V. Si no puede cumplir con eso, simplemente debe dejar caer un voltaje pequeño y constante (tal vez 0.2V), por lo que da 1.9V con 2.1V in. NOTA Los zeners de 3.6V son notoriamente imprecisos. Si está utilizando uno, aumente su valor (a menudo 5% de tolerancia), mire el voltaje agregado desde su pendiente (no muy plana) en la corriente máxima de la celda solar, reste el Vf mínimo de D1 a muy baja corriente (puede ser 0.1V) y verifique que no esté excediendo la calificación de su sensor.
@winny Medí 7,7 mA en una carga de 98 ohmios y (bajo un sol intenso), carga vacía de 7 V.
Mire la fuga en el ultracondensador, por cierto.
@MoonCactus Bien. ¿Qué pasa con la carga? Andy "robó" mi idea a continuación. Puede recolectar más energía con un regulador de la serie TL431 o incluso mejor con un regulador reductor, pero si desea mantenerlo simple y lineal, aún intentaría calcular si sería mejor solo con zener y sin diodo si fuera usted.
@winny No puede renunciar a D1, pero puede reemplazarlo o mejorarlo con un MOSFET como dice Andy. Una celda solar en la oscuridad atrae felizmente, en tal aplicación, una cantidad comparativamente grande de corriente hasta 1/3 o incluso 1/4 del voltaje de bucle abierto.
@winny oops, lo siento, ¡no fue mi intención entrar en modo de robo!
@ pjc50 Estoy de acuerdo en que el ultracondensador podría ser el punto más débil como almacenamiento a largo plazo, pero creo que es adecuado aquí para ráfagas cortas de transmisión de radio (hasta 70 mA) de vez en cuando. Cuando tengo una necesidad durante la noche (no aquí), probablemente cambiaría a un LIR 2032 y una tapa más pequeña.
@Andyaka De nada :-)

Respuestas (2)

Puede usar un regulador de derivación de precisión para crear un "zener" con un punto de inicio de regulación de voltaje agudo. El TL431 (>= 2.5V) o TLV431 (>= 1.25V) son de bajo costo y harán bien lo que usted quiera.

Tenga en cuenta que la caída de voltaje en el diodo de aislamiento Schottky D1 disminuye con la disminución de la corriente y puede ser mucho menor que los 0,3 V típicos que se observan con corrientes de 10 de mA. Esto puede significar que una abrazadera de voltaje de panel fotovoltaico de 4 V podría entregar casi 4 V en el supercap. Permita suficiente tolerancia para evitar dañar el capacitor.

Tenga en cuenta que los diodos Schottky pueden tener corrientes de fuga mucho mayores a temperaturas elevadas. Si el diodo estaba junto al panel fotovoltaico ya pleno sol, esto puede ser relevante en algunos casos.

El uso del diodo D1 es prudente en este caso, pero en algunos sistemas puede no ser estrictamente necesario. Los paneles fotovoltaicos que se iluminan con niveles de luz muy bajos tienen corrientes inversas bajas y no descargarán un capacitor conectado directamente tan rápido como se esperaría.

La parte sobre los paneles que no descargan una tapa conectada directamente suena interesante Russell: ¿algún enlace a algún estudio?
@Andyaka: tenga en cuenta cuidadosamente el "... tan rápido ..." :-). El único enlace que te daré es el signo de Jonas... - Ups, no, pregunta equivocada :-). Si bien es "semi obvio en retrospectiva", se basa en mis propias medidas. Estuve involucrado en la producción de cantidades semi-grandes de pequeños dispositivos portátiles y siempre usé una serie Schottky por derecho. Pero estaba trabajando con un panel de 250 W y 30 voltios e hice mediciones específicas sin el diodo en serie. A niveles de luz muy bajos, la corriente de retorno está en el mismo orden que la corriente directa cargada de manera óptima. En la madrugada en un patio oscuro...
... eso es 'muy pequeño'. De hecho, utilicé linternas LED y bombillas CFL para probar los efectos de iluminación de bajo nivel. YMMV. Sin embargo, como Vpanel permanece cerca de Vmp si se descarga hasta que el nivel de luz cae al 5% del máximo, entonces la inversión será pequeña si Vmp es útilmente más que Vbat en uso normal (por ejemplo, disposición estándar "12V" de paneles de 18V y batería de 12V) . | Si la batería solo está cargada, a medida que cae la luz, el panel V queda sujeto por la batería si Voc > vbatería y solo permite el flujo inverso a niveles de luz muy bajos.

El panel solar, al ser pequeño, probablemente no pueda producir amperios y probablemente ni siquiera cientos de mA, así que investigue un poco en el panel y calcule cuánta corriente podría generar en un zener de 3V3 y olvídese de todo ese voltaje adicional caído por D1, la serie escocés

Si puede garantizar que el panel no producirá más de 70 mA, puede usar un zener ajustable y de precisión como el TL431.

Si tiene la intención de usar D1 para evitar la carga trasera en el panel, entonces puede complementar esto con un transistor MOSFET controlado por la MCU para "cortocircuitar" el diodo y dar menos caída de voltaje.

Sí, este panel ciertamente no puede producir más de una docena de mA (leo 7,7 mA con 1-100 ohmios). D1 evita la carga trasera de hecho. ¿Está sugiriendo agregar un MOSFET controlado por MCU para evitar la caída de voltaje de D1, pero solo una vez que la MCU se ejecuta y conoce VCC? Buena idea, lástima que ya me quedé sin GPIO.
Hay formas de pines IO de funcionamiento dual: todo lo que necesita es uno que alterna continuamente durante el funcionamiento normal y puede robar esa señal para hacer una señal de CC que pueda impulsar la puerta.
También hay algunos reguladores de derivación de corriente de reposo muy bajos de TI, creo, pero cuánto es "bajo" depende de lo que piense.
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