文档介绍：简单的自供电太阳能跟踪传感器电路设计
 
   
 
 
 
 
 
 
 
     
 
 
 
 
 
 
 
本文提出了设计简单的自供电太阳能跟踪传感器电路的可能性。整个电路是自供电的，因为它仅使用从光电探测器获得的功率。无需额外的外部电源。布置光电探测器，以便它们可以感应太阳辐射的方向。基于输出端的信号处理电路，将生成两个高度敏感的电压信号。这些信号对应于太阳相对于光电二极管的俯仰角和侧倾角。该电路具有固有的自动增益控制。因此，输出信号仅与这些角度成比例，而不与太阳辐射水平成正比。
传感器电路
拟议的简单自供电太阳能跟踪传感器电路原理图如图1所示。处理来自光电探测器的信号仅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）在光伏模式下工作，因此产生的功率足以为运算放大器供电。X和Y方向都使用串联连接的四个光电二极管（PDYU1，PDYU2，PDYD1和PDYD2）为运算放大器OP1和OP2供电。在光伏模式下，在光电二极管处获得的相应电压由下式给出：
其中Vi是对应的第i个光电二极管电压（i = YU1，YU2，YD1，YD2，XR1，XR2，XL1和XL2）光电二极管电压，VT是由VT= KbT / q给出的热电压b= ×10-23 J / K是玻尔兹曼常数，VT是绝对温度，Vq = ×10-19 C是基本电荷，ℜ是光电二极管的响应度，Pi是第i个光电二极管捕获的光功率，Is是光电二极管的饱和电流。
为了将光电二极管保持在光伏模式，它们必须连接到高阻抗节点，因此需要较高的电阻RL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，即取决于有源光电二极管表面上的阴影分布。如图1所示。如图2所示，光电二极管表面上的主动照明区域取决于太阳相对于光电二极管的俯仰角和侧倾角。这自然仅对具有以下特征的光电二极管有效：被机箱遮盖。例如，如果太阳从第一象限照亮传感器，如图2所示，则只有光电二极管PDYU2和PDXR2将在阴影中，其对应的照明区域将是
其中假设小间距ξ和滚动ψ角（ξ，ψ≪ 1），因此在第一近似中给出了照明光电二极管面积相对于相应角度的线性依赖性，其中A是光电二极管有源表面的面积，K是取决于传感器几何形状的正比例常数，其中A≫Kξ，Kψ也是有效的。
图1：简单的自供电太阳能跟踪传感器电路原理图
根据等式（1）的相应光电二极管电压由下式给出：
其中E是太阳辐照度。输出电压VX和VY给出为：
其中RF是反馈电阻的电阻。公式（2），（3）和（4）给出：
在第一近似中，输出电压信号VX和VY与传感器灵敏度为S的俯仰角和侧倾角成正比。由于输出信号与太阳辐射无关，因此该电路具有固有的自动增益控制。
图2：相对于传感器的太阳位置的测量
通过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GreenPAK™SLG88103运算放大器的极低功耗特性。为了测试提出的电路，已经在LTspice中进行了仿真。图3中显示了仅用于单个轴的模拟电路。系统电路由两个此类子电路组成，每个子电路旨在感测太阳的单