凌力爾特：太陽能和風能在智能電網(wǎng)中所涉及的關鍵半導體技術

　　問：太陽能和風能是智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)，它們所涉及到的關鍵半導體技術有哪些？

　　答：在各家公司都致力于尋求降低功耗之方法的背景下，太陽能供電型電子設備的市場呈持續(xù)成長的態(tài)勢。為了降低運行能源成本，部署在智能電網(wǎng)上的智能電表將很有可能由某種環(huán)境能量源來供電，而一種適用且豐富的能量源便來自太陽能。鑒于太陽能電源變化無常且不可靠，所以幾乎所有的太陽能供電型設備都配有可再充電電池。因此，一個重要的目標是吸取盡可能多太陽能以對這些電池進行快速充電并保持其充電狀態(tài)，從而在無法獲得太陽能時將其用作一個能量源。
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　　Tony Armstrong

　　產(chǎn)品市場總監(jiān)

　　電源產(chǎn)品

　　凌力爾特公司

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　　然而，太陽能電池從本質上說是低效率部件，但它們確實具有一個最大輸出功率點，因此在這個點上運作是顯而易見的設計目標。問題是：最大輸出功率的 I （電流） – V （電壓） 特性會隨著光照條件而發(fā)生變化。單晶太陽能電池的輸出電流與光強度成比例，而其電壓在最大功率輸出時則相對恒定。對于給定的光強度，最大功率輸出出現(xiàn)在每條 I – V 曲線的拐點處，此時，太陽能電池從恒定電壓部件轉變?yōu)楹愣娏鞑考?（圖 1）。

　　圖 1：單個光伏電池的典型最大功率點控制點

　　所以，當光照的強度無法滿足充電器的滿功率要求時，從太陽能電池板有效吸取功率的充電器設計必須要能夠將電池板的輸出電壓調(diào)整至最大功率點。凌力爾特開發(fā)并推出針對太陽能電源應用的 LT3652 多種化學組成 2A 電池充電器的原因就在于此。該器件采用了一種輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路，當輸入電壓降至由一個簡單的分壓器網(wǎng)絡設定的編程電平以下時，此環(huán)路將減小充電電流。當 LT3652 由一塊太陽能電池板供電時，輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路用于將電池板保持在接近峰值輸出功率。

　　另外，凌力爾特還推出了專門針對可再生能源應用的 LTC4070 電池充電器。它是一款適合鋰離子 / 鋰聚合物電池的易用和纖巧型并聯(lián)電池充電器 IC。憑借其 450nA 的工作電流，LTC4070 可保護電池，并依靠以前無法使用的非常低電流充電電源 （間歇型或連續(xù)型） 來給電池充電。通過增設一個外部 P-FET，可把 LTC4070 的充電電流從 50mA 提升至高達 500mA。一個內(nèi)部電池熱量調(diào)理器可降低浮置電壓，以在電池溫度較高的情況下保護鋰離子 / 鋰聚合物電池 （當溫度高于 40oC 時，溫度每上升 10oC，該電池熱量調(diào)理器就將降低浮置電壓）。

　　通過以串聯(lián)的方式配置多個 LTC4070，即可對多節(jié)電池的電池組充電并對其進行平衡。LTC4070 采用扁平 （僅高 0.75mm） 8 引腳 2mm x 3mm DFN 封裝，僅需單個電阻器就能提供一個完整和超緊湊的充電器解決方案。該器件的特性集使其非常適合連續(xù)和間歇性的較低功率充電電源應用，包括鋰離子 / 鋰聚合物電池備份、薄膜電池、幣形電池、存儲器備份、具備份電源的太陽能供電系統(tǒng)、嵌入式汽車和能量采集 / 收集。

　　LTC4070 準確度為 1% 的終止電壓具有引腳可選的 4.0V、4.1V 和 4.2V 浮置電壓設定值，允許用戶在電池能量密度和壽命之間做出權衡。獨立的低電池電量和高電池電量監(jiān)控狀態(tài)輸出負責指示電池已放電或完全充電。結合一個與負載相串聯(lián)的外部 P-FET，低電池電量狀態(tài)輸出可實現(xiàn)鎖斷功能，該功能使系統(tǒng)負載自動與電池斷開，以保護電池免遭深度放電。

　　問：貴公司提供哪些針對智能電網(wǎng)應用的產(chǎn)品和解決方案？能夠幫助智能電網(wǎng)設計解決哪些瓶頸問題？

　　答：凌力爾特可提供眾多適用于智能電網(wǎng)應用的 DC/DC 轉換器。由于此類系統(tǒng)的設計千差萬別，就如同其輸入電壓、輸出電壓和電流輸送特性一樣，因此我們提供了寬泛的產(chǎn)品線供客戶選用。表 1 羅列了相關的產(chǎn)品。

　　表 1：部分適用于智能電網(wǎng)應用的凌力爾特產(chǎn)品問：您認為能量收集產(chǎn)品的最大挑戰(zhàn)是什么？應用前景如何？ 貴公司有哪些能量收集的產(chǎn)品？

　　答：在我們周圍存在著許許多多的環(huán)境能量，能量收集的傳統(tǒng)方法一直是借助太陽能電池板和風力發(fā)電機。不過，新的收集手段允許我們利用各種各樣的環(huán)境能量源來產(chǎn)生電能。而且，重要之處不是電路的能量轉換效率，而更多地是在于可為其供電的“平均收集”能量值。例如：熱電發(fā)生器可將熱量轉換為電力、壓電元件可轉換機械振動、光伏元件用于轉換陽光 （或任何光子源）、而電流轉換器則可從濕氣實現(xiàn)能量轉換。這使得能夠給遠程傳感器供電或對電能存儲器件 （例如：電容器或薄膜電池） 進行充電，從而可為微處理器或發(fā)送器實施遠程供電，而無需使用本地電源。這為凌力爾特的能量收集產(chǎn)品用作解決方案帶來了機會。表 2 列舉了我們在該領域中所提供的產(chǎn)品：

　　表 2：面向可再生能源應用的凌力爾特 IC 解決方案

　　表 2 所列的每一款產(chǎn)品都具有特殊的功能及性能指標，從而使其可作為針對特定環(huán)境能量類型的最優(yōu)解決方案。概括起來，這些特性包括：

　　低待機靜態(tài)電流 —— 通常小于 6μA，并可低至 450nA

　　低啟動電壓 —— 低至 20mV

　　高輸入電壓能力 —— 高達 34V （連續(xù)） 和 40V （瞬態(tài)）

　　能夠處理 AC 輸入

　　多輸出能力和自主型系統(tǒng)電源管理

　　自動極性操作

　　針對太陽能輸入的最大功率點控制 （MPPC）

　　能夠從低至 1oC 的溫差收集能量

　　占板面積緊湊且外部組件極少的解決方案