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隨著太陽(yáng)能設(shè)備變得更加便攜和互聯(lián),可充電電池消除了對(duì)交流適配器輸入電源的需求,并利用了來(lái)自太陽(yáng)的豐富能量。

例如,電動(dòng)自行車(chē)和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)攝像頭等設(shè)備大部分時(shí)間都在戶(hù)外和遠(yuǎn)離電源插座的地方,因此太陽(yáng)能充電對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行至關(guān)重要。同樣,太陽(yáng)能充電技術(shù)可以在遠(yuǎn)足等遠(yuǎn)程活動(dòng)期間將能量收集和存儲(chǔ)在移動(dòng)電源中,因?yàn)槟抢锏碾娋W(wǎng)無(wú)法到達(dá)。

通常,單個(gè)太陽(yáng)能電池產(chǎn)生大約 0.7V。電池板由多個(gè)堆疊電池組成,能夠提供廣泛的電壓范圍,并為充電系統(tǒng)提供輸入電源。由于照射在面板上的陽(yáng)光量不一致、溫度變化和電池堆的高阻抗,太陽(yáng)能電池板需要在最大點(diǎn)運(yùn)行以輸出最大功率和最高效率。

當(dāng)系統(tǒng)必須處理高源阻抗和照明變化時(shí),使用降壓(降壓)或升壓(升壓)電壓的充電器為太陽(yáng)能應(yīng)用提供最佳解決方案。TI 的 bq25703A 多節(jié)降壓-升壓充電器根據(jù)電池的充電要求在降壓模式和升壓模式之間轉(zhuǎn)換,從而成功管理任何太陽(yáng)能電壓輸入。在一些更簡(jiǎn)單的低功耗應(yīng)用中,bq25895 單節(jié)電池降壓充電器是太陽(yáng)能電池充電的合適選擇。bq25703A 和 bq25895 均使用 I 2 C 功能來(lái)確定系統(tǒng)的最大功率點(diǎn) (MPP) 并有效地為電池充電。

為中/大功率太陽(yáng)能應(yīng)用充電

盡管市場(chǎng)上的許多充電器僅提供降壓模式,但 bq25703A 能夠降低或升高電池的輸入電壓。該充電器在 3.5V 至 24V 的輸入電壓范圍內(nèi)運(yùn)行,與通常具有高達(dá) 24V 的開(kāi)路電壓的太陽(yáng)能電池板兼容。為了有效地利用陽(yáng)光作為太陽(yáng)能充電應(yīng)用的電源,充電器使用輸入電壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn) MPP 跟蹤 (MPPT) 以實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。

太陽(yáng)能電池板在其 IV 曲線上具有 MPP,在該曲線上光伏系統(tǒng)以最大效率運(yùn)行。每條 IV 曲線都根據(jù)面板捕獲的陽(yáng)光量而變化;因此,MPP 一直在變化,如圖 1 所示。

為太陽(yáng)能應(yīng)用選擇合適的充電管理芯片

1:太陽(yáng)能電池的 IV 曲線

使用可調(diào)電壓動(dòng)態(tài)電源管理環(huán)路,當(dāng)電壓低于輸入電壓設(shè)置時(shí),充電器會(huì)降低充電電流。憑借這種動(dòng)態(tài)電源管理功能,bq25703A 可以為太陽(yáng)能應(yīng)用實(shí)現(xiàn) MPPT。

當(dāng)太陽(yáng)能電池板為輸入供電時(shí),MPPT 算法將輸入電壓調(diào)整為 MPP 電壓并鉗位輸入電流以從電池板提取最大輸出功率。圖 2 說(shuō)明了使用 bq25703A 的太陽(yáng)能電池充電實(shí)現(xiàn)。

為太陽(yáng)能應(yīng)用選擇合適的充電管理芯片

2:使用 bq25703A 進(jìn)行太陽(yáng)能充電

憑借降壓、升壓和降壓-升壓功能,這款充電器可以接受低于或高于電池所需的太陽(yáng)能輸入電壓,并升壓或降壓,為 1 至 4 節(jié)電池充電。但是,如果設(shè)計(jì)需要低功率太陽(yáng)能電池充電,bq25895 單節(jié)降壓模式開(kāi)關(guān)充電器會(huì)實(shí)施一種算法來(lái)提取 MPP。

為低功率太陽(yáng)能應(yīng)用充電

bq25895 為低功率應(yīng)用的太陽(yáng)能電池充電提供了一種簡(jiǎn)單的集成解決方案。bq25895 的工作輸入范圍為 3.9V 至 14V,兼容開(kāi)路電壓高達(dá) 12V 的太陽(yáng)能電池板,可為單節(jié)鋰離子 (Li-ion) 或鋰聚合物電池充電。這款單節(jié)電池充電器使用充電器的集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 實(shí)現(xiàn) MPPT。

假設(shè)電池電壓固定,集成 ADC 會(huì)連續(xù)讀取輸入電壓和電池充電電流,同時(shí)以 100mV 的步長(zhǎng)進(jìn)行操作。最初,充電電流和輸入電流限制被設(shè)置為其最大限制。大多數(shù)情況下,太陽(yáng)能電池板的 MPP 存在于開(kāi)路電壓的 65% 至 90% 之間。因此,為了盡量減少找到 MPP 所需的步驟數(shù),算法將輸入電壓限制在該百分比范圍內(nèi)。

參數(shù)初始化后,算法從其開(kāi)路電壓的 65% 下限開(kāi)始增加,ADC 測(cè)量充電電流。通過(guò)不斷監(jiān)測(cè)最大充電電流,該算法可以確定 MPP 隨著它隨日光量的變化而變化。

3 顯示了使用 bq25895 的太陽(yáng)能充電過(guò)程。盡管該器件僅提供降壓功能,但充電器具有使用太陽(yáng)能輸入功率所需的 MPPT 算法,并且在非典型升壓輸入的低功率情況下也能取得成功。

為太陽(yáng)能應(yīng)用選擇合適的充電管理芯片

3:使用 bq25895 進(jìn)行太陽(yáng)能充電

總結(jié)

隨著技術(shù)的便攜性不斷提高,市場(chǎng)上的設(shè)備正在迅速采用可充電電池來(lái)滿(mǎn)足其電力需求。對(duì)于插頭不易獲得的戶(hù)外應(yīng)用,來(lái)自太陽(yáng)的能量可以提供系統(tǒng)所需的輸入功率。然而,由于陽(yáng)光強(qiáng)度變化,充電器必須優(yōu)化太陽(yáng)能輸入以有效輸出最大功率。

TI 的 bq25703A 和 bq25895 電池充電器實(shí)施 MPPT 以選擇太陽(yáng)能電池板的峰值輸出功率。使用太陽(yáng)能電池板作為電源不僅可以通過(guò)消除尋找外部電源插座的需要來(lái)增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn),而且還可以利用太陽(yáng)能提供的無(wú)限能量。


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