電池充電器獨(dú)特的輸入調(diào)節(jié)環(huán)路簡化了太陽能電池板最大功率點(diǎn)跟蹤

電池技術(shù)和設(shè)備性能的進(jìn)步使得生產(chǎn)在兩次充電之間長時(shí)間運(yùn)行的復(fù)雜電子設(shè)備成為可能。即便如此，對(duì)于某些設(shè)備，通過插入電網(wǎng)為電池充電是不可能的。緊急路邊電話、導(dǎo)航浮標(biāo)和遠(yuǎn)程天氣監(jiān)測(cè)站只是無法接入電網(wǎng)的少數(shù)應(yīng)用，因此它們必須從環(huán)境中獲取能量。

太陽能電池板作為能量收集電源具有巨大的潛力 - 它們只需要電池來存儲(chǔ)收集的電力并在黑暗時(shí)期提供攜帶。太陽能電池板相對(duì)昂貴，因此從電池板中提取最大功率對(duì)于最小化電池板尺寸至關(guān)重要。棘手的部分是太陽能電池板尺寸與所需功率的平衡。太陽能電池板的特性需要仔細(xì)管理電池板的輸出功率與負(fù)載的關(guān)系，以有效地優(yōu)化電池板在各種照明條件下的輸出功率。

對(duì)于給定的照明水平，太陽能電池板具有產(chǎn)生最大功率的特定工作點(diǎn)（見圖1）。在照明條件變化時(shí)在運(yùn)行期間保持該峰值功率點(diǎn)稱為最大峰值功率跟蹤 （MPPT）。復(fù)雜的算法通常用于執(zhí)行此功能，例如在直接測(cè)量面板輸出電壓和輸出電流的同時(shí)定期改變面板的負(fù)載，計(jì)算面板輸出功率，然后強(qiáng)制操作點(diǎn)在照明和/或溫度條件變化時(shí)提供峰值輸出功率。這種類型的算法通常需要復(fù)雜的電路和微處理器控制。

圖1.太陽能電池板在多種不同照明水平下的電流與電壓和功率與電壓的關(guān)系。最大功率點(diǎn)下的面板輸出電壓（V議員） 無論光照水平如何，都保持相對(duì)恒定。

然而，太陽能電池板的輸出電壓與電池板產(chǎn)生的功率之間存在一種有趣的關(guān)系。無論照度如何，最大功率點(diǎn)的太陽能電池板輸出電壓都保持相對(duì)恒定。因此，強(qiáng)制面板操作以使輸出電壓保持在此峰值功率電壓（V議員） 從面板產(chǎn)生峰值輸出功率。因此，電池充電器可以通過利用此電壓來保持峰值功率傳輸議員特征，而不是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的MPPT電路和算法。

LT3652 電池充電器的幾個(gè)特性

LT?3652 是一款完整的單片式降壓型多化學(xué)電池充電器，可在高達(dá) 32V （絕對(duì)最大值為 40V） 的輸入電壓下運(yùn)作，并以高達(dá) 14.4V 的浮動(dòng)電壓為電池組充電。LT3652 集成了一種創(chuàng)新的輸入調(diào)節(jié)電路，該電路實(shí)現(xiàn)了一種簡單而自動(dòng)的方法，用于在使用調(diào)節(jié)不良的電源 （例如太陽能電池板） 時(shí)控制充電器的輸入電源電壓。LT?3652HV 是充電器的一個(gè)高電壓版本，可用于以高達(dá) 18V 的浮動(dòng)電壓為電池組充電。

輸入調(diào)節(jié)環(huán)路保持太陽能電池板的峰值功率點(diǎn)

如果輸入電源電壓降至一個(gè)編程電平，則 LT3652 輸入調(diào)節(jié)環(huán)路可線性減小輸出電池充電電流。該閉環(huán)調(diào)節(jié)電路伺服充電電流，從而伺服輸入電源上的負(fù)載，使得輸入電源電壓保持在或高于編程電平。當(dāng)由太陽能電池板供電時(shí)，LT3652 通過簡單地將最小輸入電壓電平設(shè)置到該電池板的峰值電源電壓 V 來實(shí)現(xiàn) MPPT 操作議員.所需的峰值功率電壓通過電阻分壓器進(jìn)行設(shè)置。

如果在充電期間，LT3652 所需的功率超過太陽能電池板的可用功率，則 LT3652 輸入調(diào)節(jié)環(huán)路將降低充電電流。這可能是由于所需的電池充電電流增加或太陽能電池板照明水平下降而發(fā)生的。在任何一種情況下，調(diào)節(jié)環(huán)路都將太陽能電池板輸出電壓保持在編程的V值議員由VIN_REG上的電阻分壓器設(shè)置。

輸入調(diào)節(jié)環(huán)路是一種簡單而優(yōu)雅的方法，用于強(qiáng)制特定太陽能電池板的峰值功率操作。輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路還允許從其他類型的穩(wěn)壓不良源優(yōu)化操作，在這些電源中，輸入電源在過流條件下可能會(huì)崩潰。

集成式全功能電池充電器

LT3652 以一個(gè) 1MHz 的固定開關(guān)頻率運(yùn)作，并提供一種恒定電流 / 恒定電壓 （CC/CV） 充電特性。該器件可通過外部電阻器編程，以提供高達(dá) 2A 的充電電流，充電電流精度為 ±5%。該 IC 特別適用于與流行且廉價(jià)的“12V 系統(tǒng)”太陽能電池板相關(guān)的電壓范圍，這些電池板通常具有大約 25V 的開路電壓。

該充電器采用一個(gè) 3.3V 浮動(dòng)電壓反饋基準(zhǔn)，因此可在 3.3V 至 14.4V （或 LT18HV 時(shí)高達(dá) 3652V） 范圍內(nèi)設(shè)置任何所需的電池浮動(dòng)電壓，均可利用一個(gè)電阻分壓器進(jìn)行設(shè)置。LT3652 的浮動(dòng)電壓反饋準(zhǔn)確度為 ±0.5%。寬 LT3652 輸出電壓范圍可適應(yīng)多種電池化學(xué)成分和配置，包括多達(dá) <> 節(jié)串聯(lián)的鋰離子 / 聚合物電池、多達(dá) <> 節(jié) LiFePO4串聯(lián)的（磷酸鐵鋰）電池，以及最多包含六個(gè)串聯(lián)電池的密封鉛酸（SLA）電池。另外還提供 LT3652HV （充電器的高電壓版本）。LT3652HV 可在高達(dá) 34V 的輸入電壓下運(yùn)作，并能夠充電至 18V 的浮動(dòng)電壓，從而適應(yīng) 4 節(jié)鋰離子 / 聚合物或 5 節(jié) LiFePO4電池組。

LT3652 包含一個(gè)可編程安全定時(shí)器，用于在達(dá)到所需時(shí)間后終止充電。只需將一個(gè)電容連接到 TIMER 引腳即可使定時(shí)器生效。將 TIMER 引腳短接至地可將 LT3652 配置為在充電電流低于編程最大值 （C/10） 的 10% 時(shí)終止充電，C/10 檢測(cè)準(zhǔn)確度為 ±2.5%。使用安全定時(shí)器進(jìn)行端接可在電流小于 C/10 時(shí)進(jìn)行浮充電。一旦充電終止，LT3652 將進(jìn)入一種低電流 （85μA） 待機(jī)模式。如果電池電壓低于編程浮動(dòng)電壓 2.5%，則自動(dòng)充電功能將啟動(dòng)新的充電周期。LT3652 采用扁平、12 引腳 3mm × 3mm DFN 和 MSOP 封裝封裝。

節(jié)能低靜態(tài)電流關(guān)斷

LT3652 采用一個(gè)精準(zhǔn)門限停機(jī)引腳，因而允許使用一個(gè)電阻分壓器簡單實(shí)現(xiàn)欠壓閉鎖功能。在低電流停機(jī)模式中，LT3652 僅從輸入電源吸收 15μA 電流。該 IC 還通過使用連接到器件 NTC 引腳的單個(gè)熱敏電阻監(jiān)控電池溫度，支持符合溫度要求的充電。該器件具有兩個(gè)二進(jìn)制編碼的集電極開路狀態(tài)引腳，用于顯示 LT3652 電池充電器 CHRG 和 FAULT 的工作狀態(tài)。這些狀態(tài)引腳可以驅(qū)動(dòng) LED，用于顯示充電器狀態(tài)的視覺信號(hào)，或用作控制系統(tǒng)的邏輯電平信號(hào)。

簡單的太陽能電池充電器

圖 2 顯示了 2A 2 節(jié) LiFePO4帶電源路徑管理的電池充電器。當(dāng)太陽能電池板未充分照明時(shí)，該電路從電池板向系統(tǒng)負(fù)載供電，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載所需的電力可用時(shí)，該電路直接從太陽能電池板供電。輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路針對(duì) 17V 峰值功率輸入面板進(jìn)行編程。充電器使用C/10端接，因此當(dāng)所需的電池充電電流低于200mA時(shí)，充電電路被禁用。這款 LT3652 充電器還采用兩個(gè) LED 來提供狀態(tài)和信號(hào)故障條件。這些二進(jìn)制編碼引腳可發(fā)出電池充電、待機(jī)或關(guān)斷模式、電池溫度故障和電池不良故障的信號(hào)。

圖2.用于 2 節(jié) LiFePO 的 2A 太陽能電池板電源管理器4具有 17V 峰值功率跟蹤功能的電池。

輸入電壓調(diào)節(jié)點(diǎn)使用從面板輸出到VIN_REG引腳的電阻分壓器進(jìn)行編程。當(dāng)太陽能電池板輸出端的電壓降至17V（相當(dāng)于VIN_REG引腳上的2.7V）時(shí)，最大輸出充電電流減小。因此，該伺服回路的作用是將充電器系統(tǒng)的功率要求動(dòng)態(tài)降低到面板可以提供的最大功率，從而保持太陽能電池板的功率利用率接近100%，如圖3所示。

圖3.17V輸入電壓調(diào)節(jié)門限跟蹤太陽能電池板峰值功率至大于98%。

想要更高的效率？用阻斷FET代替阻斷二極管

LT3652 在與高于 4.2V 的電池電壓一起使用時(shí)需要一個(gè)阻塞二極管。該二極管兩端的壓降會(huì)產(chǎn)生功率損耗項(xiàng)，從而降低充電效率。用P溝道FET代替阻斷二極管可以大大減少這一術(shù)語，如圖4所示。

圖4.2A 3 芯磷酸鐵鋰4充電器使用 P 溝道 FET 進(jìn)行輸入阻斷，以提高大電流充電效率。

圖 4 顯示了一個(gè) 3 節(jié) LiFePO 電池42A充電器，浮動(dòng)電壓為10.8V。該充電器具有 14.5V 的輸入電壓調(diào)節(jié)門限，當(dāng) V在≥ 13V。充電周期終止由 3 小時(shí)定時(shí)器周期控制。通常與輸入電源串聯(lián)用于反向電壓保護(hù)的阻斷二極管被FET取代。10V 齊納二極管箝位用于防止超過 FET 最大值 V一般事務(wù)人員.如果指定的 V在量程不超過最大 V一般事務(wù)人員的輸入FET，則不需要此鉗位。

在正常充電周期的大電流充電期間（I中聯(lián)集團(tuán)> C/10），CHRG 狀態(tài)引腳保持低電平。在圖4所示的充電器中，該CHRG信號(hào)用于將阻斷FET的柵極拉低，從而實(shí)現(xiàn)低阻抗電源路徑，消除阻塞二極管壓降，從而提高轉(zhuǎn)換效率。圖5顯示，與使用阻斷肖特基二極管工作相比，增加該阻塞FET可將效率提高4%。

圖5.當(dāng)電池電壓上升（15V至10.8V）3節(jié)LiFePO時(shí)，阻斷肖特基二極管與阻斷FET的相對(duì)效率4充電器。

如果使用定時(shí)器進(jìn)行端接，一旦達(dá)到 < C/10 的充電電流，并且 CHRG 引腳變?yōu)楦咦杩?，F(xiàn)ET 的體二極管就會(huì)提供導(dǎo)通路徑。如果需要，可以保留一個(gè)阻塞肖特基二極管與阻塞FET并聯(lián)，以提高定時(shí)器控制充電周期的浮充部分的轉(zhuǎn)換效率。使用FETKEY作為阻擋元件還可以提高浮充效率。

害怕黑暗？使用低光應(yīng)用的理想二極管

當(dāng) LT3652 主動(dòng)充電時(shí)，該 IC 在開關(guān)環(huán)路上提供一個(gè)內(nèi)部負(fù)載，以確保在所有條件下實(shí)現(xiàn)閉環(huán)操作。這是通過在充電周期處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)將2mA灌入BAT引腳來實(shí)現(xiàn)的。在太陽能電池板供電的電池充電器中，低光照條件會(huì)使輸入太陽能電池板電壓崩潰到輸入調(diào)節(jié)閾值以下，導(dǎo)致輸出充電電流降至零。如果充電器在此條件下保持使能狀態(tài)（即，面板電壓保持在UVLO閾值以上），則內(nèi)部電池負(fù)載會(huì)導(dǎo)致電池的凈電流消耗。由于顯而易見的原因，這是不希望的，但可以通過加入防止電流從電池回流的單向調(diào)整元件來消除這種情況。

凌力爾特制造了一個(gè)高效率調(diào)整元件 IC，即 LTC4411 理想二極管，其有效正向壓降接近于零。由于導(dǎo)通期間的正向壓降極低，因此對(duì)充電器整體效率和最終浮動(dòng)電壓的影響可以忽略不計(jì)。

圖 6 示出了一款采用低光反向保護(hù)的 LT3652 太陽能供電型電池充電器，該充電器采用一個(gè)理想二極管 IC LTC4411 低光反向保護(hù)。在低光照條件下，如果面板電壓崩潰到輸入調(diào)節(jié)門限以下，LT3652 可將電池充電電流減小至零。在輸入電壓保持在UVLO閾值以上的情況下，充電器保持使能狀態(tài)，但保持零充電電流狀態(tài)。LT3652 試圖將 2mA 吸收至 BAT 引腳;但是，LTC4411 可防止電池的反向傳導(dǎo)。

圖6.太陽能供電的2A鋰離子充電器，具有理想的二極管輸出調(diào)整元件;LTC?4411 理想二極管 IC 可防止低光照條件下的反向?qū)ā?/strong>