為太陽能應(yīng)用選擇合適的充電管理芯片

隨著太陽能設(shè)備變得更加便攜和互聯(lián)，可充電電池消除了對交流適配器輸入電源的需求，并利用了來自太陽的豐富能量。

例如，電動(dòng)自行車和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)攝像頭等設(shè)備大部分時(shí)間都在戶外和遠(yuǎn)離電源插座的地方，因此太陽能充電對于系統(tǒng)運(yùn)行至關(guān)重要。同樣，太陽能充電技術(shù)可以在遠(yuǎn)足等遠(yuǎn)程活動(dòng)期間將能量收集和存儲在移動(dòng)電源中，因?yàn)槟抢锏碾娋W(wǎng)無法到達(dá)。

通常，單個(gè)太陽能電池產(chǎn)生大約 0.7V。電池板由多個(gè)堆疊電池組成，能夠提供廣泛的電壓范圍，并為充電系統(tǒng)提供輸入電源。由于照射在面板上的陽光量不一致、溫度變化和電池堆的高阻抗，太陽能電池板需要在最大點(diǎn)運(yùn)行以輸出最大功率和最高效率。

當(dāng)系統(tǒng)必須處理高源阻抗和照明變化時(shí)，使用降壓（降壓）或升壓（升壓）電壓的充電器為太陽能應(yīng)用提供最佳解決方案。TI 的 bq25703A 多節(jié)降壓-升壓充電器根據(jù)電池的充電要求在降壓模式和升壓模式之間轉(zhuǎn)換，從而成功管理任何太陽能電壓輸入。在一些更簡單的低功耗應(yīng)用中，bq25895 單節(jié)電池降壓充電器是太陽能電池充電的合適選擇。bq25703A 和 bq25895 均使用 I 2 C 功能來確定系統(tǒng)的最大功率點(diǎn) (MPP) 并有效地為電池充電。

為中/大功率太陽能應(yīng)用充電

盡管市場上的許多充電器僅提供降壓模式，但 bq25703A 能夠降低或升高電池的輸入電壓。該充電器在 3.5V 至 24V 的輸入電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，與通常具有高達(dá) 24V 的開路電壓的太陽能電池板兼容。為了有效地利用陽光作為太陽能充電應(yīng)用的電源，充電器使用輸入電壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn) MPP 跟蹤 (MPPT) 以實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。

太陽能電池板在其 IV 曲線上具有 MPP，在該曲線上光伏系統(tǒng)以最大效率運(yùn)行。每條 IV 曲線都根據(jù)面板捕獲的陽光量而變化；因此，MPP 一直在變化，如圖 1 所示。

圖 1：太陽能電池的 IV 曲線

使用可調(diào)電壓動(dòng)態(tài)電源管理環(huán)路，當(dāng)電壓低于輸入電壓設(shè)置時(shí)，充電器會降低充電電流。憑借這種動(dòng)態(tài)電源管理功能，bq25703A 可以為太陽能應(yīng)用實(shí)現(xiàn) MPPT。

當(dāng)太陽能電池板為輸入供電時(shí)，MPPT 算法將輸入電壓調(diào)整為 MPP 電壓并鉗位輸入電流以從電池板提取最大輸出功率。圖 2 說明了使用 bq25703A 的太陽能電池充電實(shí)現(xiàn)。

圖 2：使用 bq25703A 進(jìn)行太陽能充電

憑借降壓、升壓和降壓-升壓功能，這款充電器可以接受低于或高于電池所需的太陽能輸入電壓，并升壓或降壓，為 1 至 4 節(jié)電池充電。但是，如果設(shè)計(jì)需要低功率太陽能電池充電，bq25895 單節(jié)降壓模式開關(guān)充電器會實(shí)施一種算法來提取 MPP。

為低功率太陽能應(yīng)用充電

bq25895 為低功率應(yīng)用的太陽能電池充電提供了一種簡單的集成解決方案。bq25895 的工作輸入范圍為 3.9V 至 14V，兼容開路電壓高達(dá) 12V 的太陽能電池板，可為單節(jié)鋰離子 (Li-ion) 或鋰聚合物電池充電。這款單節(jié)電池充電器使用充電器的集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 實(shí)現(xiàn) MPPT。

假設(shè)電池電壓固定，集成 ADC 會連續(xù)讀取輸入電壓和電池充電電流，同時(shí)以 100mV 的步長進(jìn)行操作。最初，充電電流和輸入電流限制被設(shè)置為其最大限制。大多數(shù)情況下，太陽能電池板的 MPP 存在于開路電壓的 65% 至 90% 之間。因此，為了盡量減少找到 MPP 所需的步驟數(shù)，算法將輸入電壓限制在該百分比范圍內(nèi)。

參數(shù)初始化后，算法從其開路電壓的 65% 下限開始增加，ADC 測量充電電流。通過不斷監(jiān)測最大充電電流，該算法可以確定 MPP 隨著它隨日光量的變化而變化。

圖 3 顯示了使用 bq25895 的太陽能充電過程。盡管該器件僅提供降壓功能，但充電器具有使用太陽能輸入功率所需的 MPPT 算法，并且在非典型升壓輸入的低功率情況下也能取得成功。

圖 3：使用 bq25895 進(jìn)行太陽能充電

總結(jié)

隨著技術(shù)的便攜性不斷提高，市場上的設(shè)備正在迅速采用可充電電池來滿足其電力需求。對于插頭不易獲得的戶外應(yīng)用，來自太陽的能量可以提供系統(tǒng)所需的輸入功率。然而，由于陽光強(qiáng)度變化，充電器必須優(yōu)化太陽能輸入以有效輸出最大功率。

TI 的 bq25703A 和 bq25895 電池充電器實(shí)施 MPPT 以選擇太陽能電池板的峰值輸出功率。使用太陽能電池板作為電源不僅可以通過消除尋找外部電源插座的需要來增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，而且還可以利用太陽能提供的無限能量。