引言

　　作為一種在偏遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行發(fā)電的實(shí)用型方法，太陽能電池板正日益被人們所接納，不過，盡管在技術(shù)方面已有所改進(jìn)，可是太陽能電池板的價(jià)格仍然很昂貴。大部分費(fèi)用來自電池板本身，其尺寸 (因而包括成本) 會(huì)隨著所需功率輸出的提高而增加。為了實(shí)現(xiàn)具最小尺寸和最高成本效益的解決方案，盡量提升太陽能電池板的性能是十分重要的。

　　本設(shè)計(jì)要點(diǎn)介紹了兩款能夠增加太陽能電池板接收能量的簡單電路。在這兩款電路中，均由太陽能電池板給電池充電，再由電池在沒有陽光照射的情況下提供應(yīng)用電路運(yùn)作所需的電源。

　　設(shè)計(jì)要求

　　要想實(shí)現(xiàn)太陽能電池充電器的最佳設(shè)計(jì)，就必需對(duì)太陽能電池板的特性有所了解。首先，由于結(jié)面積很大，太陽能電池板會(huì)發(fā)生泄漏，因此電池會(huì)在黑暗條件下通過太陽能電池板放電。另外，每塊太陽能電池板都具有一個(gè)特征VI曲線和一個(gè)最大功率點(diǎn)，所以，如果負(fù)載特性與太陽能電池板特性不匹配，那么收集的能量將會(huì)減少。從理想上來說，太陽能電池板在最大功率點(diǎn)上將始終被加載，旨在充分地利用可用的太陽能，并由此實(shí)現(xiàn)太陽能電池板成本的最小化。

　　圖 1 太陽能電池板在不用時(shí)會(huì)泄漏電流 (黑暗環(huán)境或夜晚期間的放電電流)，因而導(dǎo)致電池電量的潛在消耗。采用簡單二極管的解決方案能夠減小放電電流，但它也會(huì)引起一個(gè)使電池充電電流減小的電壓降。一種更佳的解決方案是采用一個(gè)基于 LTC4412 的理想二極管，與傳統(tǒng)二極管相比，這種理想二極管可使反向漏電流減小一個(gè)數(shù)量級(jí)，并具有極小的正向電壓降，從而增加了充電電流

　　太陽能二極管和 LTC4412

　　太陽能電池板的泄漏問題一般是通過給電池板串聯(lián)一個(gè)二極管來解決的。反向泄漏可被減小至一個(gè)低的數(shù)值，但仍有一些能量在二極管正向電壓降中損失掉。采用 LTC4412 理想二極管控制器是一種較佳的解決方案。當(dāng)與一個(gè)小的外部 PFET 組合在一個(gè)簡單電路中時(shí)，該器件將起一個(gè)理想二極管的作用 ―― 它具有一個(gè)僅 20mV 的正向電壓降和很低的反向泄漏。這就意味著，與采用一個(gè)簡單的二極管相比，LTC4412 實(shí)現(xiàn)了更佳的充電和放電性能的組合 ―― 您將獲得更多的充電能量，而且將能夠保存更多的能量。LTC4412 理想二極管的低電壓降還允許該解決方案把太陽能電池板電流調(diào)節(jié)至幾安培，而不會(huì)發(fā)生采用傳統(tǒng)二極管時(shí)常見的發(fā)熱問題。

　　有兩個(gè)遺留問題，即：至一個(gè)滿充電電池的浮動(dòng)電壓控制以及最佳點(diǎn)上的太陽能電池板加載 (用于發(fā)電)。 這些問題可以利用一個(gè)高效降壓型穩(wěn)壓器的開關(guān)模式充電器來解決。

　　采用一個(gè)降壓型穩(wěn)壓器作為電池充電器的控制器

　　傳統(tǒng)觀念認(rèn)為圖 2 所示的電路將不會(huì)帶來多大的好處，但是，傳統(tǒng)觀念基于的是傳統(tǒng)器件。該電路是一個(gè)開關(guān)模式的充電器，基于異常高效的 LTC1625 No RSENSE (無檢測(cè)電阻器) 同步降壓型控制器。該電路被置于太陽能電池板和電池之間，并負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)電池浮動(dòng)電壓。附加基于 LTC1541 的控制環(huán)路強(qiáng)制充電器在太陽能電池板最大功率的條件下運(yùn)作。效率的增加縮小了太陽能電池板所需的尺寸，從而降低了總解決方案的成本。

　　圖 2 峰值功率跟蹤降壓型充電器最大限度地提升了效率

　　圖 3 示出了傳統(tǒng)太陽能電池板充電器與基于 LTC1625 的峰值功率跟蹤充電器的性能對(duì)比 (作為電池電壓的一個(gè)函數(shù))。數(shù)據(jù)顯示與基于簡單二極管或理想二極管的解決方案相比，基于 LTC1625 的解決方案可向電池提供更高的充電電流。可提供的額外充電電流大小 (相比于二極管解決方案) 取決于電池電壓，當(dāng)給一個(gè)深度放電的 (10V) 電池充電時(shí)，可額外提供高達(dá) 22% 的電流。上述結(jié)果基于一個(gè) 5W 太陽能電池板，時(shí)間是 9 月一個(gè)陽光充足的下午 (2:00pm 左右)，未能展現(xiàn) LTC1625 在其最佳光照條件下所能達(dá)到的水平。LTC1625 同樣能夠提供較高的功率，而且可用于一個(gè)基于 10A 太陽能電池板的充電器，并實(shí)現(xiàn)相似的高效率。

　　圖 3 與不具備跟蹤電路的解決方案相比，峰值功率跟蹤電路可向電池提供更多的電流

　　結(jié)論

　　相比基于傳統(tǒng)二極管的參考電路，本文介紹的兩款電路改善了太陽能電池板的太陽能收集效果。基于 LTC4412 的電路在傳統(tǒng)太陽能二極管的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一種簡單的升級(jí)，可提供較高的充電電流和較低的放電電流，并減少了發(fā)熱問題。增設(shè)一個(gè)基于 LTC1625 的降壓型穩(wěn)壓器將造就一個(gè)具有浮動(dòng)電壓調(diào)節(jié)和太陽能電池板峰值功率調(diào)節(jié)能力的完整充電器，旨在最大限度地增加太陽能的收集量。在太陽能電池板峰值功率電壓與電池電壓之間存在失配的情況下，這種電路的好處將特別明顯。