【经验】Silicon Lab精密CMOS运算放大器TS1001用模拟元件管理功率太阳能系统的应用

时间： 2019-01-21 来源：Silicon Labs

技术问答

SILICON LABS公司旗下的TS1001是业界首款电流低于1μA的精密CMOS运算放大器，其针对超长寿命的电池应用进行了优化，本文主要介绍利用TS1001运算放大器，用模拟元件管理低功率太阳能系统的应用。

简介

从大型面板到利用少量光电二极管来获取微瓦电量，太阳能发电在自动供电系统中的应用越来越普遍。随着世界范围内更多地使用 “绿色”能源，在各种环境下安装的太阳能设备已经越来越多。在低功率太阳能系统中，最重要的是要评估在给定时间内是否有足够的阳光给系统供电。在某些情况下，这取决于是否有足够的电力让微控制器工作。在众多的超低功耗系统中，唤醒单片机进行电压测量这一简单操作可能会使太阳能电源崩溃或是浪费来自储能电容的宝贵电力。其中的一种解决方案是将简单的模拟运算放大器集成到系统中，超低功耗模拟运算放大器可以支持微控制器周围的“始终在线”(“always-on”)电路，这可能是最优的解决方案。

超低功耗运算放大器

图1至图3所示的是使用超低功率运算放大器的几个简单电路，它们在连续的“始终在线”测量模式下对太阳能电池状态进行评估。该技术依赖于使用的运算放大器，这种运放的功耗非常低并可以在超低的电压下工作。图1中的电路表示工作在光电零偏压模式（photovoltaic zero-bias mode）下的光电二极管。测量短路电流并通过R1将其转化为电压，同时运算放大器的反馈使得D1两端的压差为0V。零偏置光电流是一个很方便的参数，通常可以较好地反应器件特性，该参数在大多数光电二极管制造商的数据手册中可直接查询。注意，对于有轨到轨输入范围的运放而言(这里使用的是TS1001)，光电二极管可以直接连接到正电源电压轨上。

图1 在连续的“始终在线”测量模式下的超低功耗运算放大器

图2中的电路与零偏置模式电路测量类似，输出正电压。在这种情况下，运算放大器调节其输出以吸收足够多的电流使D1的压差为0V，这使得连接在TS1001的负电源引脚和地之间的电阻R1产生电压。由于TS1001对电流的实际贡献小于1μA，因此从D1测量到的电流误差能够达到最低。

图2 超低功耗运算放大器提供简单的正极性输出来支持零偏置条件

为了进行更全面的评估，图3中的电路用来测试太阳能电源，看它是否能够处理负载。用此电路评估不会给微控制器带来负担，并且在测量过程中也不存在电源崩溃的风险。

图3 基于超低功耗运算放大器的PV太阳能电源电路评估

大约每过100毫秒，电路就会将太阳能电池电源与其储能电容和负载断开，并连接到测试负载（R1）评估其产生的压降。如果压降降至25％以上，其结果将被锁存到U2中，电源状态将会发送给微控制器。

这款超低功耗电路在1V电压下消耗不到3μA的电流。运算放大器U1提供定时器功能，控制晶体管开关T1和T2在负载断开的时候同时提供一个测试负载。电容器C1临时保持电压以维持此电路和其他备用负载供电。运算放大器U2作为比较器，当电源电压降低超过25％（迟滞5％）时就会翻转。晶体管T3锁存结果，而晶体管T4在每个评估周期重置锁存器以确保数据刷新。

这种测试负载对于判定太阳能电池的有效功率起到非常大的帮助，因为如果仅仅测量开路电压一般不能进行准确的评估。

评估“始终在线”电路

通常，对于支持“始终在线”的模拟电路，超低功耗运放TS1001是一个很好的选择。例如，如果能保证运算放大器工作在1V电压以下且其消耗电流小于1μA，那么该运算放大器可被配置为滤波器并且可以持续保持工作，因此，在滤波器作用下，微控制器在ADC测量时就不必一直处于通电状态。总之，在低功率太阳能系统中，超低功耗运算放大器在负载加载前评估太阳能电池性能方面发挥了非常大的作用，其通常支持待机，“始终在线”的电路，同时它消耗的电流则可忽略不计。

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

选型指南 - NISSHINBO - 2023/4/27 PDF 中文下载

【选型】如何为模拟电流采样选择一款合适的运算放大器？

圣邦微SGM8556运算放大器其噪声密度仅21nV/√Hz，而电压噪声为0.6μVP-P，PSRR的典型值为96dB，过载恢复时间为40us，封装包括SOIC-8、MSOP-8。

器件选型发布时间 : 2018-02-26

【IC】恒跃半导体新品超低功耗CMOS运算放大器JMA1xx，可低至100nA功耗以及高可靠性，支持1.4-5.5V的宽工作电压

JMA1xx产品是恒跃半导体专为超低功耗应用场景设计的一系列运算放大器，最低功耗仅为100nA，处于行业领先水平。产品适用于工业及安防、车载设备和消费电子等。

产品发布时间 : 2024-09-24

江苏润石科技有限公司企业简介

型号- RS8032,RS8552,RS8551,RS8034,RS8554,RS6331,RS6332,RS550,RS6334,RS2252,RS2099,RS2253,RS2251,RS1/2/4G126,RS8031,RS1/2/4G125,RS0102,RS0104,RS0302,RS2323,RS2166,RS4T245,RS0101,RS0108,RS1/2/6G07,RS8521,RS8522,RS2T45,RS824,RS2058,RS2254,RS706,RS2255,RS2057,RS2299,RS821,RS822,RS624,RS621,RS622,RS8054,RS8651,RS8652,RS1/2/6G17,RS1/2/6G14,RS8654,RS809,RS8051,RS8052,RS2227,RS0202,RS2228,RS0204,RS1T45,RS2266,RS1/2/4G32,RS8524,RS810,RS811,RS0208,RS1/2/4G08,RS8T245,RS2117,RS803,RS2118,RS724,RS2233,RS806,RS245,RS1/2/4G00,RS1/2/4G86,RS244,RS722,RS721

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