簡(jiǎn)化太陽(yáng)能供電的電池充電

　　太陽(yáng)能供電可再充電電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　太陽(yáng)能電池板的典型效率約在 5% 至 15% 之間。考慮到較大型 (即更強(qiáng)大) 的電池板成本更高，所以太陽(yáng)能供電設(shè)計(jì)必須最大限度提高效率，以最大限度降低系統(tǒng)總體成本。

　　太陽(yáng)能供電產(chǎn)品要有效收集太陽(yáng)能，其設(shè)計(jì)必須能夠管理變化范圍很寬的輸入，同時(shí)還能夠使太陽(yáng)能電池板在最大功率點(diǎn)或其附近工作。此外，該設(shè)計(jì)必須能夠安全地給該產(chǎn)品選擇使用的化學(xué)組成電池充電。

　　在太陽(yáng)能充電系統(tǒng)中，還會(huì)遇到其他設(shè)計(jì)問(wèn)題。就任意給定太陽(yáng)能供電系統(tǒng)而言，固件開(kāi)發(fā)和調(diào)試可能需要大量時(shí)間。如果太陽(yáng)能電池板的最佳功率提供點(diǎn)可以低于、等于或高于電池電壓 (這是非常常見(jiàn)的情況)，那么會(huì)需要更加復(fù)雜的降壓-升壓型拓?fù)洹＝祲?升壓型拓?fù)湓试S真正的雙向隔離 (與降壓型拓?fù)湎啾?，如果電池板沒(méi)得到光照，那么它可能通過(guò) NMOS 的體二極管和電感器耗盡電池電量)。 為保護(hù)電池，需要恰當(dāng)?shù)碾妷航K止。最后，既然電池板不是可靠的電源，那么就需要電池原地充電 (充電器給電池饋電，且負(fù)載連接到電池)，在這種情況下，電池既是電源，又作為“緩沖器”使用。

　　什么是最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT)，為什么需要 MPPT?

　　最大功率點(diǎn)跟蹤這種方法有助于在所有工作條件下從太陽(yáng)能電池板抽取最多能量。以下列舉了某些這類(lèi)非理想工作條件：

　　• 電池板部分被遮擋 (樹(shù)葉、鳥(niǎo)糞、陰影、雪等)
　　• 電池板的溫度變化
　　• 電池板老化

　　例如，在離網(wǎng)太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)中，電源系統(tǒng)故障代價(jià)高昂?？蛻?hù)希望盡可能從電池板抽取最多能量。此外，他們希望最大限度延長(zhǎng)兩次太陽(yáng)能供電系統(tǒng)維護(hù)之間的正常運(yùn)行時(shí)間。

　　真正的有源 MPPT 會(huì)找出所有條件下的最佳工作點(diǎn)。這會(huì)降低系統(tǒng)總體成本，因?yàn)榭梢允褂米钚〉碾姵匕寤蜃钚〉碾姵?，從而減少過(guò)度設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需求。真正的 MPPT 會(huì)發(fā)現(xiàn)最佳峰值功率點(diǎn)，并剔除假的局部最大功率點(diǎn)，這種局部最大功率點(diǎn)在部分被遮擋的電池板中很常見(jiàn) (注：電池板部分被遮擋時(shí)的供電模式由電池板內(nèi)部旁路二極管的數(shù)量和安排決定)。

　　一種簡(jiǎn)單的 IC 解決方案

　　解決上述問(wèn)題的 IC 充電解決方案需要具備以下即使不是全部、也是很多特性：

　　• 最短的軟件和固件開(kāi)發(fā)時(shí)間
　　• 靈活的降壓 / 升壓型拓?fù)?br /> 　　• 有源 MPPT 算法
　　• 簡(jiǎn)單、自主運(yùn)行 (無(wú)需微處理器)
　　• 面向各種不同電池化學(xué)組成的終止算法
　　• 原地充電 ─ 向負(fù)載供電的同時(shí)給電池充電
　　• 寬輸入電壓范圍以適合各種不同的電源
　　• 寬輸出電壓范圍以應(yīng)對(duì)多個(gè)電池組
　　• 高輸出 / 充電電流
　　• 小型、扁平解決方案
　　• 先進(jìn)的封裝以提高熱性能和空間占用效率
　　• 成本效益的解決方案

　　典型的復(fù)雜太陽(yáng)能電池充電系統(tǒng)由一個(gè) DC-DC 開(kāi)關(guān)電池充電器、一個(gè)微處理器和幾個(gè) IC、以及分立式組件組成，以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)控制 / 跟蹤功能。另一種可能的解決方案是太陽(yáng)能模塊。不過(guò)這些解決方案費(fèi)用高昂、復(fù)雜而不易設(shè)計(jì) (需要軟件、固件等)，而且往往鎖定到假的太陽(yáng)能電池板最大功率點(diǎn)上，因此無(wú)法以盡可能高的效率運(yùn)行。