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太阳能电池充电器可在低光照环境中坚持高效率

任何太阳能电池板的一个重要特性是其可在一个相对恒定的工作电压(VMP)下实现峰值功率输出,这与照明水平无关(见图1)。LT36522A电池充电器充分利用了这一特性,以通过实施输入电压调节来把太阳能电池

  任何太阳能电池板的一个重要特性是其可在一个相对稳定的作业电压 (VMP) 下完结峰值功率输出,这与照明水平无关 (见图 1)。LT3652 2A 电池充电器充分使用了这一特性,以经过施行输入电压调理来把太阳能电池板坚持于峰值作业功率 (正待专利审议)。当可用的太阳能功率缺乏以满意一个 LT3652 电池充电器的功率要求时,输入电压调理电路将减小电池充电电流。这将下降太阳能电池板上的负载以把太阳能电池板电压坚持在 VMP,然后最大极限地添加太阳能电池板的输出功率。这种完结峰值太阳能电池板功率的办法被称为最大功率点操控 (MPPC)。

  图 1:太阳能电池板可在一个特定的输出电压 (VMP) 下发生最大的功率,这相对地独立于照明水平。LT3652 2A 电池充电器经过把太阳能电池板输入电压调理在 VMP 以最大极限地添加太阳能电池板的输出功率。

  尽管 MPPC 可在低照度期间优化太阳能电池板的功率,但当功率等级很低时电池充电器的电源转化功率将变差,然后导致从太阳能电池板至电池的总功率传输功率下降。本文将阐明怎样经过运用一种简略的 PWM 充电办法 (其在功率等级很低时强制电池充电器以突发脉冲的方式开释能量) 来改进电池充电器功率。

  选用电流监视器状况引脚来指示低功率条件

  LT3652 上的 /CHRG 电流监视器状况引脚担任指示电池充电电流的状况,并在这儿用于操控 PWM 功用。该引脚在充电器输出电流大于 C/10 (即编程最大电流的 1/10) 时被拉至低电平,并在输出电流低于 C/10 时呈高阻抗状况。

  在低照度期间,输入调理环路可把充电器的输出电流减小至 C/10 以下,然后导致 /CHRG 引脚变至高阻抗。该状况引脚的“状况改变”功用用于经过触发一个输入欠压闭锁 (UVLO) 电路 (其下降门限坐落一个高于输入调理电压VIN(REG) 的太阳能电池板电压) 来停用 IC。作为针对充电器停用的呼应,太阳能电池板电压将在 UVLO 迟滞规模内爬高,直至到达 UVLO 上升门限停止,此刻以满功率从头使能充电器。充电器随后将供给充电电流,直到输入电压调理环路再次停用充电器停止。该循环不断地重复,然后发生一个由一系列高电流突发脉冲组成的充电器输出,这可在任何照明水平下最大极限地进步充电器的功率以及整个太阳能充电器体系的功率。

  高功率锂离子电池充电器

  图 2 示出了一款具低功率 PWM 功用的太阳能电池板至 3 节锂离子电池充电器。该充电器使用了一个 17V 输入调理电压 (针对“12V 体系”太阳能电池板的一种常用VMP),其选用VIN_REG 引脚上的电阻分压器 R4 和 R5 来设置。把一个典型 12V 体系太阳能电池板的作业电压坚持在其 17V 额外 VMP 电压可发生挨近 100% 的太阳能电池板功率,如图 3 所示。低功率 PWM 功用选用 M1、R6、R7 和 R8 来完结。如图 4 所示,增设 PWM 电路可明显在电池充电电流低于 200mA 时进步功率。

  图 2:17V VMP 太阳能电池板至 3 节锂离子电池 (12.6V) 2A 充电器

  图 3:典型“12V 体系”(VMP = 17V) 太阳能电池板功率

  图 4:图 2 所示电路的功率

  LT3652 的 /CHRG 引脚在所需充电电流超越 2A 编程最大充电电流的 1/10 (即 200mA) 时被拉至低电平。当充电电流被输入调理环路减小至 200mA 水平以下时,/CHRG 引脚变至高阻抗,这答应将 M1的栅极上拉至 VBAT,然后使能 FET M1。该 FET 把 R7 拉至地,然后启用了一种输入电压 UVLO 功用 (其选用了 SHDN 引脚以及由 R6 和 R7 构成的电阻分压器)。UVLO 功用选用该分压器进行设置,以具有一个 18V 的下降门限和一个 20V 的上升门限。下降门限是一个关键性的规划参数值,并且有必要被设置为一个高于输入调理电压、并且比上升门限低 10% 的电压 (这是 LT3652 停机门限迟滞决议的)。

  在低照度条件下,当可用的太阳能电池板功率缺乏以让 LT3652 供给所需的充电电流时,LT3652 的输入电压调理环路将减小输出充电电流,直到充电器输入功率与太阳能电池板供给的可用功率持平停止。当输入调理环路运行时,VIN 上的太阳能电池板电压被坚持在 17V 的编程峰值电源电压,然后最大极限地添加了太阳能电池板所发生的功率。假设太阳能电池板照度变得满足低,以至于可用的太阳能电池板功率对应于200mA 以下的充电电流,则 /CHRG 引脚将变至高阻抗且 UVLO 功用经过 M1、R6 和 R7 来使能。

  因为VIN 处于 17V (这低于 UVLO 下降门限),因此 LT3652 停机,然后停用一切的电池充电功用电路。当电池充电器停用时,简直一切的太阳能电池板输出电流都在给输入电容器 (C1) 充电,这使得VIN 上的电压添加,直至到达 20V 的 UVLO 上升门限停止,然后从头使能 LT3652。因为电池充电器在VIN 远远高于 17V 输入调理门限的状况下从头使能,所以悉数的充电电流均流入电池。作为针对高电池充电电流水平的呼应,/CHRG 状况引脚被拉至低电平,这将停用 UVLO 功用。只需电池充电器所需的功率低于可从太阳能电池板取得的功率,太阳能电池板电压将骤降,直到VIN 下降至 17V 停止,此刻使用输入调理来减小电池充电电流以坚持该电压。当充电电流再次减小至 200mA 时, /CHRG 引脚变至高阻抗,UVLO 电路被从头启用,停用/使能循环重复进行,然后发生一串充电电流“突发脉冲”,其取均匀至与可从太阳能电池板取得之功率相对应的电池充电电流。

  图 5 示出了图 2 中电路的 PWM 操作。当 LT3652 停用时,VIN 上的电压从 17V 的输入调理门限斜坡上升至 20V 的停机门限。LT3652 /CHRG 引脚上的电压在充电器使能时为低电平,而在充电器停用时则为高电平。当充电器停用时,太阳能电池板的能量被存储在输入%&&&&&%器中,因此从太阳能电池板供给的输出功率坚持接连。太阳能电池板的功率对应于PWM 操作期间太阳能电池板上的均匀电压 (其大约为 18.5V)。

  图 5:PWM 操作期间的VIN 波形 (关于图 2 中的电路)

  高功率铅酸电池充电器

  图 6 示出了一款具低电流 PWM 功用的 6 节铅酸电池充电器。该电池充电器专为那些与图 2 中充电器所用的太阳能电池板特性类似的太阳能电池板而规划。

  图 6:17V VMP 太阳能电池板至 6 节 2A 铅酸电池充电器

  该铅酸电池充电器履行一种三级铅酸电池充电形式,其选用了 2A 大电流充电形式充电、吸收形式充电 (至 14.4V) 和起浮充电保护 (在 13.5V)。这款电池充电器在以稳定电流/稳定电压 (CC/CV) 特性进行充电时可供给最高 2A,充电至高达 14.4V 的吸收形式调理电压,条件是太阳能电池板可供给满足的输入功率。当电池挨近 14.4V 的调理电压时,充电电流减小,并将在充电电流下降至 200mA (即最大充电电流的 1/10 [C/10]) 时完结吸收形式充电。

  当吸收形式充电完结时,作为到达 C/10 充电电流门限的呼应,/CHRG 引脚变至高阻抗,并且起浮形式保护充电操作开端。在起浮形式中调理电压从 14.4V 降至 13.5V,这经过有效地将 R9 从 VFB 求和节点移除来完结 ── 当 /CHRG 由 R8 拉至高电平常,其使用一个二极管“或”电路 (D4 和 D5) 来完结 (经过加有反向偏置的 D4)。

  假设 LT3652 充电器因为太阳能电池板照度水平偏低而遭受输入功率缺乏的状况,也能够履行起浮形式充电调理。假设充电电流减小至 200mA 以下 (经过输入调理) 且 PWM 操作开端,那么 /CHRG 引脚电压将变为一个脉冲波形。D5 和 C5 完结了一个峰值检波滤波器,其担任在 D4 上坚持一个接连的反向偏置,然后在 PWM 操作期间将充电器坚持于起浮形式 (VCHARGE = 13.5V)。如图 7 所示,增设 PWM 电路可明显地进步电池充电电流低于 200mA 时的功率水平。

  
图 7:图 6 所示电路的功率

  如前文针对图 2 中电池充电器所述,在 PWM 操作期间,输入电压从 17V 的输入调理门限斜坡上升至 %&&&&&% 停用周期中的 20V 停机门限。太阳能电池板的输出功率对应于太阳能电池板的均匀电压 (即大约 18.5V)。如图 3 所示,该电压在较高的输出电流下处于最佳的作业规模之内,但在低于 200mA 的电流下则高于此规模。为了在低光照运作时刻较长的使用中一起完结太阳能电池板输出功率和电池充电器功率的最大化,在突发周期中应下降VIN(REG) 和 UVLO 电压。下面将阐明一种完结此意图的办法。

  具低电流 VMP 盯梢功用的高功率铅酸电池充电器

  图 8 中的 LT3652 铅酸电池充电器与图 6 中的电池充电器很类似,但其在充电电流低于 200mA 时也下降了输入调理电压 (VIN(REG))。这可经过盯梢低电流时太阳能电池板的典型 VMP 下降来改进太阳能电池板的功率。

  
图 8:具低电池VMP盯梢功用的 17V VMP 太阳能电池板至 6 节 2A 铅酸电池充电器

  低电流 VMP 盯梢经过给由 R4 和 R5 组成的输入调理分压器增加 R10 来完结。R10 经过一个二极管“或”电路 (D6 和 D7) 衔接至输入调理求和节点。当 /CHRG 引脚电压为高电平常,使用加有反向偏置的 D7 有效地将 R10 从求和节点移除,然后把VIN(REG) 从 17V 降至 15V。

假设因为照度水平偏低的原因此导致充电器遭受输入功率不

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