80V 降壓-升壓型鉛酸和鋰電池充電控制器 在太陽能應(yīng)用中主動地尋找真正的最大功率點

在太陽能電源系統(tǒng)中，大部分的費用成本都花在了電池板和電池上。任何成本效益型太陽能電源解決方案均實現(xiàn)了電池容量利用率及這些組件之壽命的最大化。例如：一款高質(zhì)量的充電器可增加電池運行時間、降低電池容量要求并延長電池的使用壽命，從而最大限度地減低維護和更換成本。同樣，采用一個能夠從太陽能電池板抽取最大可用電能的 DC/DC 控制器將縮減所需的電池板尺寸和成本。

LT8490 是一款用于鉛酸和鋰電池的充電控制器，其可由一塊太陽能電池板或一個 DC 電壓源供電。該器件具備用于太陽能電池板的真正最大功率點跟蹤 (MPPT) 功能和針對各種不同電池類型的優(yōu)化內(nèi)置電池充電算法，并不需要進行固件開發(fā)。80V 的額定輸入和輸出使得 LT8490 能夠與包含多達 96 個串聯(lián)電池的電池板一起使用。功率級為降壓-升壓型配置，其采用了四個外部 N 溝道 MOSFET 和單個電感器。與大多數(shù)充電控制器不同，這種降壓-升壓型配置允許充電器在電池板電壓低于、高于或等于電池電壓的情況下高效地運作。最小電池板電壓為 6V。

當(dāng)充電算法針對電池類型進行了優(yōu)化之時，電池的使用壽命和運行時間將得以延長。同樣，一個在電池板被部分遮蔽的情況下跟蹤太陽能電池板最大功率點的高性能 MPPT 充電器將允許使用尺寸較小和成本較低的太陽能電池板。設(shè)計一個采用分立組件的充電器解決方案來完成所有這些任務(wù)既費錢又耗時，通常需要一個微控制器、一個高性能開關(guān)穩(wěn)壓器和漫長的固件開發(fā)周期。

完整的單 IC 太陽能供電型電池充電器解決方案

LT8490 是一款擁有眾多特點的 MPPT 電池充電器控制器，包括：

l 集成型 MPPT 算法 (無需開發(fā)固件) 極大地加快了產(chǎn)品上市進程

l 集成型降壓-升壓控制器允許 VIN 高于、低于或等于 VBAT

l 支持鉛酸電池和鋰離子電池

l 6V ~ 80V VIN 和 1.3V ~ 80V VBAT

LT8490 可由一塊太陽能電池板或任何 DC 電壓源來供電。對于某種特定的電池電壓，可以使用多種類型的太陽能電池板，因為電池板電壓可以低于或高于電池電壓。LT8490 可接受從 6V 至 80V 最大 (低溫) 開路電壓的電池板輸入;該電壓范圍對應(yīng)于 16 至 96 個串接的太陽能電池。

由于功率級是外置的，因此其可針對應(yīng)用進行優(yōu)化?？梢愿鶕?jù)需要來配置充電電流限值 (當(dāng)采用 DC 電壓源時還包括輸入電流限值)。

圖 1：簡化的太陽能供電型電池充電器原理圖

真正的最大功率點跟蹤

當(dāng)采用太陽能電池板供電運作時，LT8490 把電池板電壓保持在電池板的最大功率點上。即使在部分遮蔽的情況下，當(dāng)出現(xiàn)不止一個局部最大功率點時 (太陽能電池板內(nèi)部的旁路二極管產(chǎn)生的一種影響)，LT8490 可檢測并跟蹤真正的最大功率點。

圖 2 示出了一塊含 60 個電池的常見 250W 太陽能電池板在兩種不同光照條件下的 P-V 曲線。當(dāng)整塊電池板獲得光照時，最大功率點 (200W) 出現(xiàn)在 25V。在部分遮蔽的情況下 (見圖 3)，25V 電池板電壓下的可用功率下降至 50W，此時新的真正最大功率點 (128W) 出現(xiàn)在 16V。請注意，原先的 25V/200W功率峰值實際上移動到了一個 ~32V/63W 的局部最大值。

圖 2：一塊含 60 個電池的 250W 太陽能電池板在整個電池板得到光照且有一塊小陰影部分地遮蔽了一個電池 (圖 3) 之情況下的功率曲線

圖 3：右上角被遮蔽的太陽能電池板

這種雙局部最大值效應(yīng)造成諸多控制器所采用之傳統(tǒng) MPPT 功能的“失效”，因為它們在功率峰值從最初的 25V/200W 移動至 32V/63W 的情況下仍然跟隨前者。與之相反，LT8490 可發(fā)現(xiàn)真正的 MPP 位于 16V/128W，因而能從太陽能電池板獲得額外的 65W 功率。該器件是通過定期測量電池板的完整功率曲線并確定執(zhí)行操作的真正最大功率峰值的位置來做到這一點。在該場合中，從太陽能電池板抽取的充電功率增加了兩倍多，而且在其他遮蔽情況下這種增加的幅度可能更大。

充電控制功能

通過調(diào)節(jié)兩個配置引腳上的電壓，就能根據(jù)每種應(yīng)用的要求來配置充電算法。采用 AGM、凝膠和濕電池技術(shù)制作的鉛酸電池需要略微不同的充電電壓以實現(xiàn)最佳的壽命，而鋰離子電池和磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池則具有不同于鉛酸電池的充電要求。部分內(nèi)置和可配置的充電控制功能包括：