术语和定义

参考

有关文件及软件，请浏览:

https://www.dialog-seminile.com/configurable-mixed-signal.．

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介绍

本应用笔记将提出使用Dialog半导体SLG88103运算放大器设计一个简单的自供电太阳能跟踪传感器电路的可能性。yabo国际娱乐整个电路是自供电的，因为它只使用从光电探测器获得的能量。不需要额外的外部电源。光电探测器的设置使它们能够感知太阳辐照度的方向。基于输出端的信号处理电路，产生两个高灵敏度的电压信号。这些信号对应于太阳相对于光电二极管的俯仰和滚动角度。该电路具有固有的自动增益控制。因此，输出信号只与这些角度成正比，而与太阳辐照水平无关。

传感器电路

文中给出了简单的自供电太阳能跟踪传感器电路的原理图图1．处理来自光电探测器的信号只需要两个运算放大器和几个电阻器。此外，由于光电探测器(光电二极管PDYU1、PDYU2、PDYD1、PDYD2、PDXR1、PDXR2、PDXL1和PDXL2)工作在光伏模式下，所产生的功率足以给运放供电。X和Y方向使用四个光电二极管(PDYU1、PDYU2、PDYD1和PDYD2)串联给运算放大器OP1和OP2供电。光电二极管在光伏模式下得到的相应电压为:

在哪里V._一世是相应的第i（I = YU1，YU2，YD1，YD2，XR1，XR2，XL1和XL2）光电二极管电压，V._T.是由此提供的热电压V._T.= K._B.T / Q.在哪里K._B.= 1.38×10-23 j / k是boltzmann常数，T.是绝对温度，问：= 1.602×10-19c是基本电荷，ℜ是光电二极管响应值，P._一世是第i个光电二极管捕获的光功率，以及一世_S.是光电二极管饱和电流。

为了保持光伏模式中的光电二极管，它们必须连接到高阻抗节点，从而需要电阻R1的高值。相应的光电二极管捕获的光功率取决于外壳内的阴影位置，即它取决于有源光电二极管表面上的阴影分布。这是介绍的图1．光电二极管表面的主动照明面积取决于太阳相对于光电二极管的俯仰和滚动角度，如图中所示图2．这是自然的，仅适用于被外壳遮蔽的光电二极管。例如，如果太阳从第一象限照射传感器，则显示图2，只有光电二极管pdyu2和pdxr2将在阴影中，它们的相应照明区域将是：

小螺距ξ和辊ψ角被认为(ξ,ψ≪1)因此,在第一个近似,照明光电二极管的线性相关领域对相应的角度,一个是光电二极管的面积活跃的表面,K是积极的比例常数取决于传感器几何,并且当A zl Kξ， Kψ也是有效的。

相应的光电二极管电压V._一世根据等式（1）给出：

在哪里E.是太阳辐照度。输出电压V._X和V._y给出：

在哪里R._F是反馈电阻电阻。等式（2），（3）和（4）给：

在第一近似值输出电压信号V._X和V._y与具有传感器灵敏度S的间距和滚动角度成正比。随着输出信号与太阳辐照度无关，电路具有固有的自动增益控制。

使用SLG88103运算放大器实现

一个简单的自供电太阳能跟踪传感器电路的实现将基于SLG88103运算放大器的极低功耗特性[4.]。为了测试所提出的电路，已经执行了LTSPICE中的模拟。仅介绍了模拟电路，仅用于单轴，已介绍图3.．系统电路由两个这样的子电路组成，每个电路旨在感测太阳的单个轴位置。作为光电探测器，由于其相对较大的感测面积为7.45 mm，因此在模拟中使用了来自Osram Opto半导体的四个BPW34光电二极管。2(2.73 mm × 2.73 mm)。光电二极管的spice模型也由Opto Semiconductors提供[5.]。

太阳辐照度由两个电压源VPD1和VPD2建模，其中毫伏电压(mV)对应于太阳辐照度(mW/ cm2)。在1 mW/cm2 (1 mV)和100 mW/cm2 (100 mV)范围内扫描太阳辐照度，其中100 mW/cm2也表示太阳辐照度可能的最大值。如上所述，如果传感器表面与太阳之间的角度不垂直，即俯仰和滚动角度不等于零，由于光电二极管有意的部分遮阳，光电二极管表面的辐照度分布不均匀。利用不同的太阳辐照度，即不同的电压源VPD1和VPD2，模拟了在光电二极管表面上太阳辐射的不均匀分布。给出了相应的仿真结果图4.．

可以从模拟结果中得出的结论，即电路对太阳照射方向的变化非常敏感，这与电压源VPD1和VPD2的相应电压的变化相关。T.he important characteristic of the proposed design is that the sensor sensitivity doesn’t depend on the overall illumination of the sun, provided the rail-to-rail voltage of the op-amp is greater than 1.71 V. This can be concluded from the same slopes of the sensor response in the logarithmic scale. Therefore, the sensor has inherent gain control, which is a very important feature of this sensor circuitry, especially if it has been used in the control loop where the overall system stability is of the paramount importance. The same sensor sensitivity for a broad range of the solar irradiances leads to the very simple design of the control loop.

光电二极管分流电阻RSH为：

其中，在BPW34光电二极管的情况下，具有ℜ= 0.5a / w，a = 7.45mm 2和E = 1 mw / cm2的最小太阳辐照度，给出了r的光电二极管分流电阻的最大值SH.≈670Ω。为了在光伏模式下工作，光电二极管的分流电阻必须远远小于光电二极管的负载电阻，即必须满足RSH.≪RL.．选择R.L.= 1 MΩ这个条件确实满足了。反馈电阻R的值F可以任意选择以获得所需的灵敏度。在这个应用程序中，R的值F选择=30mΩ。

根据模拟结果图4.，最大输出电压在V的范围内XY最大限度≈1 V。因此，通过反馈电阻和负载电阻的电流比中频要小最大限度= V.XY最大限度/ R.F≈33A，远小于IQ = 375 NA的运算放大器静态电流。运算放大器静态电流必须满足条件IQ·ℜAAE，以使光电二极管在光伏模式下的同时工作，并适当地偏置运算放大器。由于E = 1mW / cm 2的最小太阳辐照度的ℜAae≈17μA，因此也满足了这种情况。

示例实现

使用SLG88103的评估板运算放大器和光电二极管，创建了测试电路。原型板实现电路的照片与基于光电二极管的传感器一起显示图5.．气缸，即阴影器，固定在传感器板上，以便在太阳照射时形成阴影。在传感器灵敏度和所需的测量范围方面可以选择气缸尺寸。在本申请笔记中使用的传感器具有圆柱形状的圆柱形的阴影，其内径为38mm，气缸的高度为35mm。

为了确定整体传感器电路传递函数，传感器安装在平台上，其倾斜角度可以变化。传感器朝向太阳指向，通过控制倾斜角度，即平台的间距和滚动角度，将电压Vx和Vy调整为尽可能接近零。然后，通过改变平台的相应倾斜角度，传感器的俯仰和辊角相对于太阳在-5°至+ 5°的范围内改变，同时测量输出电压。提供了传感器电路的传递函数图6.．基于测量的数据集，估计传感器灵敏度约为S≈56mV/°。

结论

太阳能跟踪传感器在许多太阳能系统（光伏系统）中具有非常重要的作用，以提高整体系统效率。为了利用从太阳跟踪传感器获得的信号，控制回路将太阳能电池板导向太阳，将电池板转向太阳。因此，本应用中提出的简单、可靠(无需额外电源)、成本效益高的传感器，将改善太阳能发电系统的特性。

提出的自供电太阳能跟踪传感器电路可以通过不同组合的光电探测器和阴影几何图形进行测试，以实现更好地适应终端用户需求的特性。