太阳能充电器项目研究报告

太阳能充电器项目研究报告内容摘要：

载电流值来说，这对输出电压仅产生很小的影响。 图 3 显示了太阳能电池的输出特性。 太阳能电池的输出随着二极管的 IV 特性不同而略有变化，且串联电阻 (RS) 也会造成 较小的压降，但输出电压基本保持为常量。 6 不过，在某一时刻，通过内部二极管的电流会非常小，导致偏置不足，这样二极管上的电压会随负载电流的上升而快速下降。 最后，当所有生成的电流都流经负载而不通过二极管时，输出电压为零。 这种电流称作太阳能电池的短路电流 (ISC)，它与 VOC 都是决定电池工作性能的主要参数，因此，我们将太阳能电池视为“电流有限的”电源。 当输出电流增加时，输出电压会下降，最后降为零，这时负载电流为短路电流。 图 3 典型的太阳能电池 IV 特性 在大多数应用中，理想情况是尽可能从太阳能电池获得最大电力。 由于输出功率是输出电压与电流的乘积，因此我们应明确电池哪部分工作区能实现最大的输出电压与电流乘积值，即所谓的最大功率点 (MPP)。 在一种极端情况下，输出电压为最大值(VOC)，但输出电流为零；在另一种极端情况下，输出电流为最大值 (ISC)，但输出电压为零。 在上述两种情况下，输出电压与电流的乘积均为零，因此， MPP 必须在两种极端情况之间。 我们可以很容易地证明（或通过实验观察到），不管在何种应用， MPP 实际上总会出现在太阳能电池输出特性图的转弯处（见图 4）。 实践中的问题在于，太阳能电池 MPP 的确切位置会随着光照和环境温度的变化而变化，因此，为了尽可能利用太阳能，系统设计时必须在实际工作条件下实现或接近 MPP。 我们可通过几种不同方法来跟踪太阳能电池板系统的 MPP，不过这些方法通常会比较复杂，特别对卫星等关键任务系统 来说更是如此。 不过，在许多低成本系统中，我们并不必强求 MPP 跟踪系统的精确性。 简单的低成本解决方案只 要能收集到可用能量的 90% 左右就可以了。 充电控制系统如何让太阳能电池的工作接近 MPP 呢。 7 图 4 太阳能电池输出 特性 动态电源路径管理 (DPPM) 技术能满足跟踪 MPP 的设计挑战。 图 5 显示了锂离子电池充电应用的电路，可实现太阳能电池板电力的最大化，且我们能用 MOSFET Q2 来调节电池充电电流、充电电压或系统总线电压。 太阳能电池板用作电源，对单节锂离子电池进行充电。 太阳能电池板包括一系列硅单元串，每串包括 11 个硅单元，就好像电流有限的电压源，电池板的尺寸及光照量决定着电流的大小。 DPPM 能够监控系统总线电压 (VOUT) 随电流限制电源的下降。 系统总线连接的电容 (Co) 开始放电，一旦系统和 电池充电器所需电流大于太阳能电池板提供的电流，就会使系统总线电压下降。 一旦系统总线电压降到预设的 DPPM 阈值，电池充电控制系统将在 DPPM 阈值位置调节系统总线电压。 我们可通过降低电池充电电流来实现上述目的，从而获得太阳能电池板的最大电力。 DPPM 控制电路设法达到稳定状态条件，使系统获得所需的电力，并用剩余电力给电池充电，这样，我们就能最大化太阳能电池板的电力，并提高系统的可靠性。 图中太阳能电池板提供的最大输出电压 (VOC) 通常在 ～ 之间。 由于该电压低于预定义的 6V 输出调节电压，因此 MOSFET Q1 完全打开。 如果系统和电池充电器所需的总电流超过太阳能电池根据光照量决定的输出电流，那么太阳能电池板的输出电压将降低，从而减小输出电压 (VOUT)。 当 VOUT 降至 VDPPM 时（也是太阳能电池板的输出电压），充电电流降低。 如 VDPPM 设置靠近 MPP 的话，那么太阳能电池板这时将工作在靠近 MPP 的位置。 我们通过对 RDPPM 进行适当编程，使其达到 8 一定的值，确保 VOUT 保持最小为 ，从而实现上述目的。 我们之所以使用 VDPPM 的值，是 因为它合理地对应于太阳能电池板的 MPP。 图 5 用太阳能电池板给一节锂离子电池充电 假定 MOSFET Q1 上的压降为 300mV，那么每个单元上的压降将等于 436mV，这将最大化太阳能电池板的功率输出。 如果 VOUT 大于 ，那么 DPPM 不起作用，太阳能电池板将远离其 MPP。 不过，只有系统和电池充电器所需的电力小于太阳能电池板的供电量时，才会发生上述情况。 这时，效率降低并不会很重要。 图 3 显示出，输出功率接近 MPP 时，其曲线比较平坦，随后会急剧下降，因此我们最好将 VDPPM 设得略高一些，而不要设得略低，这将尽可能降低因工作电压设置不当而对输出功率产生不良影响。 假如即便电池充电电流降至零时，太阳能电池板可用的电力也不足以给系统供电的话，那么 MOSFET Q 2 将完全打开， VOUT 刚好 降至电池电压 VBAT 值以下，且电池可提供太阳能电池板所不能提供的电流。 如充电器工作于 DPPM 中时，内部安全定时器会自动扩展。 这样，在低光照或无光照等特殊工作条件下，电池充电会非常慢，抑或电池会处于放电模式。 我们几乎不可能就所有应用设置适当的充电安全定时器，否则就可能导致安全定时器出错，因此我们可通过禁用安。