太阳能给锂电池充电技巧图

1、太阳能电池为捚电池充电器技巧电路图 太阳能是为便携式设备供电的有吸引力的能源。一段时间以来，它一直被广泛地用千诸如计算器和航天飞机这样的应用。最近，人们正考虑把太阳能用千包括移动电话充电器这样的范围更宽广的消费电子应用。 然而， 太阳能电池板所提供的功率商度依赖千工作环境。这包括诸如光密度、时间和位贸之类的因素。因此，电池通常被用作能员存储单元。当来自太阳能板的电能有余的时候，就 可以对电池充电； 当太阳能板提供的电能不足时，电池就 可以为系统供电 。如何设计悝离子电池充电器以便从太阳能电池中获取录多的功率并有效地对梩电池充电呢？本文将讨论太阳 能电池的工作原理和电气输出特性，接涽讨论电池充电

2、系 统要求以及匹配太阳能电池特性的系统觥决方案， 以便从太阳能电池获取录大的功率。 太阳能 I-V 特性 RsRp一般地说， 太阳 能电池由p-n 结构成， 其中的光能（光子）引起电和子空穴的速新组合， 产生电流。因为 pon 结的特性类似于二极管的特性，如图 1 所示的电路通常被用千简化太阳能电池的特性。 D I PH胎 1: 简化的太阳能电池的电路模型。 电流源 IPH 产生的电流正比十落在太阳能电池上的光屈。在没有负载连接的时候， 几乎所有产生的电流都流过二极管 D, 其正向电压决定太阳能电池的开路电压(VOC)。该电压的变化严格地取决千每一种类型的太阳能电池。但是，对于 大多数硅电池，

3、其 0.5V 到 0.8V 之间的电压范围恰好就是 p-n 结二极管的正向电压。 并联电阻(RP)代表实际太阳能电池中出现的彶小泄涌电流， Rs 代表连接损耗。随蓿负载电流增加，由太阳能电池所产生的大部分电流被分流到二极管并进入负载。对于大多负载电流的数值， 这只对输出电压有很小的影响。 图 2 所示为太阳能电池的输出特性，由千二极管的1-V 特性存在微小的变化，串 联电阻（氐） 上的电压降也存在微小的变化，但是，输出电 压保持很大的恒定 。然而，在一些点通过内部二极管的电流是如此之小， 以至于它变得偏狸不够， 并且，随 看 负载电流 的增加，跨越它的电压快速减少。最后， 如果所有产生的电流流

4、过负载并且不流过二极管的话，输出电 压就为 零。该电流被称为太阳能电池的短路电流(ISC)，它与 VOE一道是定义工作性能的主要参数之 一。因此，太阳 能电池被认为是“电流受限的电源。当输出电流增加的时候，其输出电压降低， 直到虽终减少为零， 如果负载电流达到其短路电流的话3a6e10 VocCurrentsc图 2： 典型的太阳能电池J-V 特性。 在大多数应用中，人们期望从太阳能电池获取尽可能多的功率。因为输出功率是输出电压和 电流的乘积，有必要确定电池的哪一部分的工作区域产生的输出电压和电流的乘积的数值最 大， 这一点被称为报大功率点(MPP)。在一种悄况下， 输出电压为其虽大数值(VO

5、C), 但是， 输出电 流为零； 在 其它情况下，输出 电流位 其品大值(ISC)， 但是，输 出电 压为零。在两种情况下， 输出电 压和电流的乘积都是零。因此 ， M PP 必须位千两种情况之间的某处。 1-V Charact eristicVDPPMP 、:I I Ii IIa6e-lo 可以容易地证明： 在任何应用中，MPP 实际 上出现在太阳能电池的输出特性（见图 3)下半部的某个位宜。实际上，问题在于太阳能电池的MPP的严格位翌会根据光线和环境温度变化， 因此，所 设计的系统要产生录大的太阳能，就必须动态地调节太阳能电池输出的电流，以便它在实际工作条件下位千或接近MPP 工作。 Vo

6、c图 3： 太阳能电池输出特性。 Currentsc优化充电器设计以从太阳能板获得最大的功率 踉踪太阳能板系统的 MPP 的途径有多种， 这些常常相当复杂，特 别是在诸如通信这样的重要任务系统中。然而， 在许多对成本敏感的应用中，极 其稍确的 MPP跟踪方案却是不必要的。所有的要求就是以简单、低成本的解决方案储存大约 90的可用能显。充电控制系统如何使太阳能电池以按近MPP 的方式工作呢？ 动态功率路径管理(DPPM)技术可以满足跟踪MPP所面临的这种挑战。图4显示了从太阳能板获得品大功率的俚离子电池充电应用电路，其中，MOSFETQ2被用千调节电池充电电流、充电电压或系统总线电压。太阳能板被

7、用做为单颗锥离子电池充电的电源。太阳能板由若干 串在一起的电池组成，每一串具有 11个串联的硅电池，其行为就像电流受到限制的电压源， 其中， 电 流限度由太阳能板的大小以及照射在上面的光通屈来确定。 DPPM监测因电流受限电源引起的系统总线电压(VOUT)降。连接到系统总线上的电容(CO)开始放电，一旦系统所需要的电流和电池充电器的电流大于太阳能板所提供的电流，就会造 成系统的总线电压开始下降。当系统总线电压跌落到预设的 DPPM阀值的时候，电 池充电控制系统就把系统总线电压调节到 DPMM 阀值。 J_-R3: 2k D3:SOOmA100mAR4: .1 11k1Ato 45cIN兀 1Q

8、1O怔S TAT1I启-JI，S TAT2 OUT | v 。11T System LoadII， III,IHig_ 1Law芜 ISET2I 02CEBATBATCharge Current: Temperature: o0 V0ppu=4.5VISET1GNO VSSL叨 USB 叶MODECurrent Limitbq24071TSVREF TMR DPPM|103AT图 4: 利用太阳能板对一个理离子电池充电。 从这个太阳能板获得的品大输出电压(VOC)通常在 5.5V 到 6V 之间。因为该电压低于预设的6V 输出调节电压， MOSFET Q 被完全关闭。如果系统和电池充电器所需要

9、的总电流超过太阳能电池的输出电流 取决于光线强弱能力，太阳能板的输出电压将下跌，从而使输出电压(VOUT)下降。当VOUT 下降到 VDPPM 也是太阳能板的输出电压一的时候， 充电电流就下降了。太阳能板现在将在接近其 MPP 的状态下工作， 如果 VDPPM 被设翌为接近MPP 的话。通过恰当地把RDPPM 编程到一个电平，就容 许 VOUT 保持在录小的4.5V, 从而实现这一点。这个 VDPPM数值就被人们所采用， 因 为它相当符合太阳 能板的 MPP。 假设跨越 MOSFET Ql 的电压降为 300mV, 那么， 跨越 每一个电池的电压将等千 436mV, 从而把太阳能板的功率输出最

10、大化。如果 VOUT 大千 4.5V, DPPM 功能毫无作用一要把太阳能板从其MPP 移开。但是， 这只能发生在如果系统及电池充电器所需要的功率小于太阳能板能够提供的功率的悄况下。在这种情况下，降低效 率不是那么望要。如图 3 所示， 随者 输出功率逼近 MPP, 输出功率曲线变得十分平坦，然后，突然 急剧下降。因此，把 VDPPM 设宜得稍高比设宜得稍低要好。这样做将把不正确的工作点对输出功率的影响最小化。如果太阳能板提供的功率不足以为系统供 电， 甚至当电池充电电流已经被降低到零的时候， MOS FET Q2 就导通， VOUR 下降到刚好低千电池电 压 VBAT, 并且电池提供太阳能板所不能提供的电流。 如果充电器工作在DPPM 状态，内部 安全定时器就自动地延长时间。因此，当考虑诸如低光线或无光条件之类的特殊1 作条件时，电池充电就非常低，或电池可能甚至工作在放电模式。要设置覆盖所有应用的合适的充电安全定时器几乎是不可能的。否则，就可能产生 个虚假的安全定时器错误。因此， 解决这个问题的一个选项就