即使以當(dāng)前的消耗速度，地球從太陽接收的能量是世界使用能量的數(shù)千倍。盡管這種潛在能源是免費(fèi)的，但是獲取、保存和使用這種能源所必需的技術(shù)卻不是免費(fèi)的。不過，經(jīng)過幾十年的蟄伏，太陽能開發(fā)正在再一次加速，而且太陽能的成本也在不斷下降。

自上世紀(jì)70年代石油危機(jī)以來，電池技術(shù)已經(jīng)顯著改進(jìn)。盡管1970年就可獲得鉛酸蓄電池，但那時(shí)鎳化學(xué)組成的電池仍處于初期，而且實(shí)際上沒有可再充電的鋰化學(xué)組成的電池。因此，在上一次太陽能技術(shù)開發(fā)繁榮期，用于便攜式產(chǎn)品的太陽能供電電池充電器的理念根本不存在。

今天，便攜式產(chǎn)品似乎無所不在，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師夢想太陽能供電功能出于幾個原因：他們想向綠色轉(zhuǎn)變；他們沒有使用電網(wǎng)的機(jī)會；他們只是想通過任何可獲得的能源延長設(shè)備的運(yùn)行壽命。太陽能充裕、方便且價(jià)格合理。在偏遠(yuǎn)應(yīng)用中，太陽能也許是數(shù)量非常有限的幾種可獲得的能源之一。

怎樣獲取和保存太陽能太陽能電池板是由光生伏打（pV）電池組裝而成的大型系統(tǒng)，是將陽光能量轉(zhuǎn)換成電的最常見方法。盡管存在很多不同的pV電池技術(shù)，但是一塊太陽能電池板的基本功能仍然保持不變：電池板受到光照時(shí)產(chǎn)生電流。不過，與一般的電源不同，太陽能電池板既不產(chǎn)生恒定電壓，也不產(chǎn)生恒定電流。

圖1：KyoceraKC40T特性

CellTemperature：電池溫度

Current：電流

power：功率

Voltage：電壓

圖1顯示Kyocera公司提供的一種40W多晶太陽能電池板（KC40T）的I-V曲線。這個圖突出顯示了設(shè)計(jì)一個太陽能供電系統(tǒng)的最大設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之一：在電流負(fù)載有相對不太大的變化時(shí)，電池板輸出電壓可能顯著變化。此外，該I-V曲線隨溫度改變，因此室溫時(shí)22V的開路電壓在-10C時(shí)可能升高到25V左右。

典型太陽能電池板效率的變化范圍約為10%至40%。加上較大型（也即更強(qiáng)大的）電池板價(jià)錢更高的實(shí)際情況，太陽能供電設(shè)計(jì)必須最大限度地提高效率，以最大限度地降低系統(tǒng)成本。圖1說明太陽能電池板的輸出功率如何隨著電壓和日射率（測量所接收的太陽輻射能量的單位）而變化。為了獲取和保存盡可能最多的太陽能，有必要讓太陽能電池板接近其最大功率點(diǎn)運(yùn)行。

為了在一個便攜式產(chǎn)品中有效地獲取和保存太陽能，該產(chǎn)品必須設(shè)計(jì)成可管理變化范圍很寬的輸入，并找到讓太陽能電池板在或接近其最大功率點(diǎn)運(yùn)行的方法。此外，產(chǎn)品必須設(shè)計(jì)成可對便攜式產(chǎn)品首選化學(xué)組成的電池安全充電。

一種簡單的解決方案便宜的鉛酸蓄電池充電器簡單地通過一個隔離二極管將KyoceraKC40T這類太陽能電池板直接連接到電池。鉛酸蓄電池的輸出電壓一般很好地與很多太陽能電池板的最大功率點(diǎn)一致，這使得這種方法效率相當(dāng)高。不過，盡管這種設(shè)計(jì)也許簡單和便宜，但是太陽能電池板和電池特性限制了充電電流和充電電壓，從而導(dǎo)致肯定不遵循電池制造商性能規(guī)格的充電算法（除非采用一種慢速、小電流涓流充電）。此外，盡管用鉛酸蓄電池可以接近最大功率，但是如果不為所選擇的電池化學(xué)組成制造定制的電池板，那么這種方法就不能延用于其它化學(xué)組成的電池。沒有充電控制和缺乏靈活性嚴(yán)重限制了這種方法的使用，尤其是對于鋰離子等有復(fù)雜充電算法的電池化學(xué)組成來說，更是這樣。

一種更好的解決方案進(jìn)一步研究圖1揭示出一個有趣的事實(shí)：太陽能電池板的峰值輸出功率出現(xiàn)在對所有日射率值大約相同的輸出電壓上。太陽能電池板制造商將這個電壓稱為最大功率電壓。凌力爾特公司提供的新型創(chuàng)新性電池充電器LT3652利用這個事實(shí)來提供一種簡練的太陽能供電電池充電器解決方案，該解決方案從太陽能電池板抽取可獲得的最大功率。LT3652功率跟蹤太陽能電池充電器運(yùn)用一個調(diào)節(jié)環(huán)路，如果電池板輸出電壓降至低于設(shè)定的值，那么該環(huán)路就降低充電電流。就正在使用的特定太陽能電池板而言，這個輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路保持電池板在對應(yīng)于峰值輸出功率點(diǎn)的輸出電壓上。一個電阻分壓器設(shè)定想要的特定最大功率電壓。此外，LT3652具有40V絕對最大輸入電壓額定值，從而允許它非常容易地滿足大多數(shù)太陽能電池板的開路電壓要求（甚至在低溫度情況）。

圖2：用于7.2VLiFepO4電池、具17V峰值功率跟蹤的2A太陽能電池板電源管理器

SOLARpANELINpUT：太陽能電池板輸入

OCVOLTAGE：開路電壓

SYSTEMLOAD：系統(tǒng)負(fù)載

2-CELLLiFepO4（2x3.6V）BATTERYpACK：兩節(jié)LiFepO4（2x3.6V）電池組

圖2是電池充電器原理圖的一個例子。連接到VIN_REG引腳的電阻分壓器將LT3652輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路設(shè)定到17V。50mW的檢測電阻設(shè)定2A的滿充電電流。如果太陽光照射情況不允許電池板提供設(shè)定的滿充電電流，那么輸入調(diào)節(jié)環(huán)路就降低充電電流，以在太陽能電池板輸出保持17V。這個伺服環(huán)路采取行動，將電池充電器系統(tǒng)的功率要求動態(tài)地降低至電池板可以提供的最大功率，因此可保持太陽能電池板峰值功率效率接近100%?？紤]型號為340J的40WBp太陽能電池板。這個電池板在最大輸出功率時(shí)的輸出電流約為2.3A，稍高于LT3652的最大充電電流。不過，隨著日射率變化，Bp340J在最大功率時(shí)的輸出電流也會變化。圖3繪制了相應(yīng)于Bp340J最大輸出功率95%和98%的電壓曲線。換言之，紅色區(qū)域相當(dāng)于，相對于輸出電流（即變化的日射率）變化，對應(yīng)于98%至100%最大輸出功率的電壓，而藍(lán)色區(qū)域相當(dāng)對應(yīng)于95%至98%最大功率的電壓。純黑色線的位置顯示，LT3652輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路保持電池板接近100%的最大可獲得功率。

圖3：太陽能電池板輸入電壓調(diào)節(jié)以高于98%的接近度跟蹤最大功率點(diǎn)InputVoltageRegulaTIon：輸入電壓調(diào)節(jié)

chargerOutputCurrent：充電器輸出電流

100%to98%peakpower：100%至98%的峰值功率

溫度怎么樣？到這一點(diǎn)，分析和典型曲線都集中于以25C運(yùn)行的情況。像p-N節(jié)一樣，pV電池也有溫度系數(shù)。這種溫度系數(shù)影響太陽能電池板的開路電壓以及其最大功率電壓。典型的最大功率電壓溫度系數(shù)范圍為-0.4至-0.5%/C。對于Bp340J這類電池板來說，在0至75C的工作溫度范圍內(nèi)，這對應(yīng)于5V或6V電壓。LT3652輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路的設(shè)計(jì)使溫度補(bǔ)償很簡單。圖4顯示一個用便宜的3端器件精確匹配任何太陽能電池板溫度系數(shù)的原理圖。LM134/234/334（一個電流源和溫度傳感器）測量太陽能電池板的溫度，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)LT3652的輸入調(diào)節(jié)電壓。設(shè)計(jì)方程式如圖4所示，僅需要兩個輸入：電池板在25C時(shí)的最大功率電壓和這個電壓的溫度系數(shù)（注：-0.45%/C的溫度系數(shù)應(yīng)該輸入為-0.0045/C）。

圖4：用于LT3652簡單的最大功率電壓溫度補(bǔ)償SOLARpANEL：太陽能電池板

LT3652的輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路可以用其它方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償，包括使用一個晶體管或二極管溫度傳感器或一個負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻。

靈活性、功能和性能LT3652是一個高性能單片降壓型電池充電器，在4.95V至32V的輸入電壓范圍內(nèi)工作（具40V絕對最大額定值）。最大充電電流可以設(shè)定為高達(dá)2A，準(zhǔn)確度為5%，而且其電阻可編程浮置電壓滿足鋰離子/聚合物、LiFepO4、鉛酸蓄電池和鎳化學(xué)組成電池的要求。LT3652可以配置為在充電電流降至低于設(shè)定的最大電流的1/10時(shí)終止，或用一個集成的終止定時(shí)器終止。NTC輸入還提供執(zhí)行溫度合格充電的能力。圖2顯示一個2A兩節(jié)LiFepO4電池組充電器。當(dāng)太陽能電池板輸出電壓降至低于電池電壓時(shí)，一個附加的肖特基二極管為系統(tǒng)負(fù)載提供電源通路（powerpath）。

圖5顯示一個太陽能供電的1A鉛酸蓄電池充電器。這個應(yīng)用運(yùn)用1A恒定電流將電池快速充電至高達(dá)14.4V。當(dāng)充電電流降至0.1A時(shí)，充電器切換到13.5V浮置充電模式，直到太陽落山為止（終止定時(shí)器設(shè)定為20小時(shí)）。如果電池電壓降至低于13.2V，那么快速充電重新啟動，而且如果電池電壓低于10V，就采用涓流充電（150mA）。如果溫度超出0C至45C的充電范圍，NTC熱敏電阻就暫停充電。

圖5：1A太陽能供電的3級12V鉛酸蓄電池快速/浮置充電器SOLARpANELINpUT：太陽能電池板輸入

OCVOLTAGE：開路電壓

pEAKpOWERVOLTAGE：峰值功率電壓

SYSTEMLOAD：系統(tǒng)負(fù)載

LEADACIDBATTERY：鉛酸蓄電池

結(jié)論太陽能為便攜式設(shè)備設(shè)計(jì)師提供很多好處。它常常是偏遠(yuǎn)地區(qū)惟一可獲得的電源，而且它幾乎是無限的。隨著人們?nèi)找嬖黾訉稍偕茉吹呐d趣。