導(dǎo)讀：太陽能電源已經(jīng)從“時(shí)髦”變成了實(shí)用，高端消費(fèi)類、汽車、工業(yè)、路邊、海洋和特種領(lǐng)域已經(jīng)開發(fā)了要這類單塊電池板太陽能電源的便攜式和非便攜式應(yīng)用。

太陽能電源是今天更加關(guān)注環(huán)保的“綠色”社會熱點(diǎn)問題。使用可再生能源的趨勢日益增強(qiáng)，這種趨勢不斷導(dǎo)致諸如太陽能或風(fēng)能等可選能源的新增。得到改善的技術(shù)連同這種趨勢，正在使利用這些能源發(fā)電在經(jīng)濟(jì)上更加可行。要大型電池板或電池板陣列的應(yīng)用已出現(xiàn)于住宅和商業(yè)建筑物中。然而，在脫離電網(wǎng)（此時(shí)，沒有可用的線路電源）的應(yīng)用中，太陽能電池板也成為一種富有吸引力的發(fā)電替代方法。調(diào)節(jié)這種電池板供應(yīng)的電源以給一個子系統(tǒng)中的電池充電，可使這種設(shè)備獨(dú)立自主，并可位于偏遠(yuǎn)地區(qū)。一般情況下，這類單個電池板出現(xiàn)25W~30W的功率，面積不到4平方英尺。更低功率的電池板可能更小。

太陽能供電的充電系統(tǒng)的目標(biāo)是，不僅在白天直接給系統(tǒng)供電，而且在陽光最充足的時(shí)候給存儲單元（一般是電池）充電，這樣在夜間或陽光不充足的情況下，當(dāng)電池板輸出功率接近零時(shí)，電池就可以給系統(tǒng)供電。傳統(tǒng)上，這些應(yīng)用大部分使用密封鉛酸（SLA）電池作為重要的存儲單元，但是，隨著應(yīng)用的外形尺寸減小，鋰化學(xué)組成正在變得越來越常見。在便攜式和非便攜式環(huán)境中，利用太陽能給這些電池充電正在日益成為主流。單塊太陽能電池板有很多新出現(xiàn)的應(yīng)用，其中包括堅(jiān)固耐用的特種筆記本電腦、工業(yè)庫存和銷售點(diǎn)（pOS）管理設(shè)備、遠(yuǎn)程檢測單元、便攜式汽車診斷設(shè)備、海洋太陽能浮標(biāo)、路標(biāo)照明、路邊應(yīng)急電話、人行橫道指示燈照明、甚至太陽能供電的垃圾夯實(shí)機(jī)。

此外，在很多應(yīng)用中也已經(jīng)出現(xiàn)了磷酸鐵鋰（LiFepO4）電池，這種電池比基于鈷的鋰離子聚合物電池（典型值為4.1V或4.2V）供應(yīng)更高的安全性和更低的浮置電壓（3.6V）.這種化學(xué)組成也有其他很多基于鈷的鋰離子/聚合物電池所具有的優(yōu)點(diǎn)，包括低的自放電速率和相對低的重量。此外，比較而言，LiFepO4供應(yīng)更長的周期壽命和總壽命、更高的峰值功率額定值、針對更高的熱失控電阻而實(shí)現(xiàn)的更高安全性、以及更小的環(huán)境影響。與基于鈷的鋰離子/聚合物電池比較，LiFepO4的缺點(diǎn)包括較低的能量密度（容量）以及假如新電池太早“深度循環(huán)”,易于永久失效。

設(shè)計(jì)問題

一般情況下，從太陽能電池板抽取峰值功率或者非常昂貴（因?yàn)槭褂锰柲茈姵胤€(wěn)壓器模塊）,或者難以實(shí)現(xiàn)，一般要利用微控制器和大量分立組件的復(fù)雜電路。這些全含式、最大峰值功率跟蹤（MppT）模塊傳統(tǒng)上以大型電池板電源應(yīng)用為目標(biāo)，例如住宅或商務(wù)大樓，但是，隨著所發(fā)現(xiàn)太陽能電源的用途越來越多，市場應(yīng)用情況正在改變。

關(guān)于給定數(shù)量的光能來說，太陽能電池板有某一個輸出電壓，在這個輸出電壓時(shí)，出現(xiàn)峰值輸出功率。電池板內(nèi)部的旁路二極管可能出現(xiàn)復(fù)雜的功率與電流特性，當(dāng)電池板上有部分光線被遮住時(shí)，這類特性不容易優(yōu)化。不過，目前市場上幾乎所有規(guī)定最大輸出功率低于25W~30W的12V系統(tǒng)太陽能電池板都是由簡單的串聯(lián)電池配置構(gòu)成的，沒有旁路二極管。這種類型的配置出現(xiàn)位于窄的電池板輸出電壓頻帶內(nèi)的峰值輸出功率，而不管光照條件。視電池板特性的不同，峰值功率可能從12.5V至18.5V的電池板電壓出現(xiàn)。

磷酸鐵鋰離子電池可能不可用標(biāo)準(zhǔn)鋰離子/聚合物電池充電器充電，考慮到這類電池3.6V的較低浮置電壓特性，假如沒有正確充電，可能導(dǎo)致對電池不可修復(fù)的損壞。準(zhǔn)確的浮置電壓充電將延長電池壽命。充電預(yù)查驗(yàn)（涓流充電）還有助于防止損壞電池，尤其是在深度放電時(shí)。

目前缺乏具內(nèi)置充電終止功能（以20V的高壓工作）的太陽能供電單片（內(nèi)置電源電路）電池充電器IC解決方法。有一些暫時(shí)的解決方法可以完成這個任務(wù)，尤其是獲得太陽能的能力。不過，這些解決方法大且復(fù)雜，要很多外部組件，并占用寶貴的pCB面積。

總結(jié)一下關(guān)鍵的設(shè)計(jì)問題：

·利用目前的解決方法從太陽能電池板抽取峰值功率或者非常笨重，或者非常昂貴

·缺乏具內(nèi)置充電終止功能（以20V的高壓工作）的太陽能供電單片電池充電器IC解決方法

·磷酸鐵鋰離子電池有較低浮置電壓的特殊充電需求，但是與鋰離子/聚合物電池相比有一些優(yōu)點(diǎn)

一個簡單的解決方法

任何要滿足上面討論的設(shè)計(jì)限制條件的解決方法都必須是緊湊、高壓和單片的，是一個能夠用內(nèi)置充電終止功能應(yīng)對太陽能電源輸入電壓變化和多種電池化學(xué)組成的解決方法。這樣的器件將成為提高全球能量獲取與保存應(yīng)用安裝量的促進(jìn)因素。

太陽能電源能力和多種化學(xué)組成電池的運(yùn)行

LT3652IC是以凌力爾特公司受歡迎和具強(qiáng)大實(shí)力的LT3650系列為基礎(chǔ)而開發(fā)的。它是一個創(chuàng)新、具太陽能電源跟蹤功能、單片降壓型電池充電器IC,用于新式電池化學(xué)組成。該器件運(yùn)用了一種創(chuàng)新的輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路，該環(huán)路負(fù)責(zé)控制充電電流，以將輸入電壓保持在編程設(shè)定的電平上。當(dāng)LT3652由單塊太陽能電池板供電時(shí)，輸入調(diào)節(jié)環(huán)路強(qiáng)制電池板以峰值輸出功率運(yùn)行。這個獨(dú)特的輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路電路系統(tǒng)供應(yīng)了與更復(fù)雜和更昂貴的MppT方法幾乎同樣的輸出功率。

LT3652接受4.95V至32V的寬范圍輸入，具40V絕對最大額定值，以新增系統(tǒng)裕度。它能夠給多種電池組配置充電，包括單節(jié)至三節(jié)串聯(lián)鋰離子/聚合物電池、單節(jié)至四節(jié)串聯(lián)磷酸鐵鋰離子電池、12V密封鉛酸（SLA）電池、以及高達(dá)14.4V的電池。參見圖1,以獲取詳細(xì)信息。

SOLARpANELINpUT:太陽能電池板輸入

OCVOLTAGE:開路電壓

2-CELLLiFepO4（2X3.6V）BATTERYpACK:兩節(jié)磷酸鐵鋰（2x3.6V）電池組

SYSTEMLOAD:系統(tǒng)負(fù)載

LT3652的充電電流可設(shè)置為高達(dá)2A.這款獨(dú)立型電池充電器無需使用外部微控制器，并具有用戶可選的充電終止功能，包括C/10或一個內(nèi)置按時(shí)器。該器件的1MHz固定開關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)了小巧的解決方法外形尺寸。浮置電壓反饋準(zhǔn)確度規(guī)定為±0.5%,充電電流準(zhǔn)確度為±5%,而C/10檢測準(zhǔn)確度為±2.5%.一旦充電操作終止，LT3652就自動進(jìn)入一種低電流待機(jī)模式，該模式把輸入電源電流減小至85uA.在停機(jī)模式中，輸入偏置電流減小至15uA.在所有非充電周期，通過從電池泄漏1uA的電流，LT3652最大限度地延長了電池壽命。關(guān)于自主型充電控制，假如電池電壓降至編程設(shè)定的浮置電壓以下達(dá)2.5%時(shí)，自動再充電功能就起動一個新的充電周期。其它安全相關(guān)的功能包括低電池電量預(yù)查驗(yàn)、熱敏電阻輸入以用于溫度合格的充電、壞電池檢測和二進(jìn)制編碼狀態(tài)輸出引腳。LT3652采用扁平（0.75mm）12引腳3mmx3mmDFN封裝，在-40°C至125°C的結(jié)溫范圍內(nèi)工作有保證。

輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路#e#

創(chuàng)新且簡單的輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路

LT3652的輸入電壓調(diào)節(jié)控制環(huán)路方法與昂貴的MppT方法相比是非常有優(yōu)勢，供應(yīng)了幾乎同樣的性能。輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路：

●從太陽能電池板抽取最大可獲得的功率

●假如電池板輸出電壓降至編程設(shè)定的電平以下，就降低充電電流

●關(guān)于所使用的特定太陽能電池板，保持電池板處在對應(yīng)于峰值輸出功率點(diǎn)的輸出電壓上

●通過一個電阻分壓器設(shè)定想要的特定峰值功率電壓

關(guān)于圖2的應(yīng)用電路，圖2顯示作為輸入電壓函數(shù)的最大充電器電流，同時(shí)顯示在電池板電壓下降時(shí)，該器件如何降低輸出電流。

CHARGEROUTpUTCURRENT:充電器輸出電流

電壓監(jiān)視器引腳實(shí)現(xiàn)對最小工作電壓的設(shè)置。從VIN到VIN_REG引腳連接一個電阻分壓器，可實(shí)現(xiàn)最小輸入電源電壓的設(shè)置，這種方法一般用來為太陽能電池板設(shè)置峰值功率電壓。當(dāng)VIN_REG引腳低于2.7V的穩(wěn)壓門限時(shí)，降低最大充電電流。

假如輸入電源不能供應(yīng)足夠的功率來滿足LT3652充電器的需求，那么電源電壓將崩潰。因此，最低工作電源電壓可以通過用一個電阻分壓器監(jiān)視該電源來設(shè)置，以使想要的最低電壓對應(yīng)于VIN_REG引腳的2.7V.LT3652伺服最大輸出充電電流，以保持VIN_REG引腳上的電壓等于或高于2.7V.通過如圖3所示的那樣連接一個電阻分壓器，可以完成對想要的最低電壓的設(shè)置。關(guān)于想要的最低電壓（VIN（MIN））,RIN1/RIN2之比為：

RIN1/RIN2=（VIN（MIN）/2.7）–1

假如不使用電壓調(diào)節(jié)功能，那么VIN_REG引腳可以連接到VIN.

INpUTSUppLY:輸入電源

MppT溫度補(bǔ)償

一個典型的太陽能電池板由很多串聯(lián)連接的電池組成，每節(jié)電池都是一個正向偏置的p-n節(jié)。因此，單節(jié)太陽能電池的開路電壓（VOC）具有與普通p-n節(jié)二極管類似的溫度系數(shù)，或溫度系數(shù)約為-2mV/°C.一個晶體太陽能電池板的峰值功率點(diǎn)電壓（VMp）可以近似為一個低于VOC的固定電壓，因此這個峰值功率點(diǎn)溫度系數(shù)類似于VOC的溫度系數(shù)。電池板制造商一般為VOC、VMp和VOC的溫度系數(shù)規(guī)定25?C的值，以此簡單地決定一個典型電池板VMp的溫度系數(shù)。LT3652利用一個反饋網(wǎng)絡(luò)來設(shè)定VIN輸入穩(wěn)定電壓。網(wǎng)絡(luò)控制有助于為一個MppT應(yīng)用高效率地實(shí)現(xiàn)各種不同的溫度補(bǔ)償方法。

結(jié)語

LT3652在電池充電器領(lǐng)域滿足了尚未滿足的需求。它是一個單片IC,為從太陽能電池板抽取峰值功率供應(yīng)了一個簡單、創(chuàng)新的輸入電壓控制環(huán)路，具有給多種化學(xué)組成充電的能力，包括磷酸鐵鋰、鋰離子/聚合物和密封鉛酸電池。充電效率類似于可替代和昂貴的MppT方法。該器件還具有快速2A充電能力、內(nèi)置充電終止功能、高壓工作、并可組成一個緊湊而簡單的解決方法。