電池技術(shù)的進(jìn)步和器件性能的提高已經(jīng)使人們有可能做出復雜的電子產(chǎn)品,這可在兩次充電之間以長(cháng)時(shí)間運行。即便如此,就某些設備而言,通過(guò)插入電網(wǎng)的電源插座給電池再充電有時(shí)是不可能的。路邊的應急電話(huà)、導航浮標和偏遠的氣象監測站僅是少數幾種無(wú)法接入電網(wǎng)的應用,因此這類(lèi)應用必須從周?chē)h(huán)境收集能量。
太陽(yáng)能電池板作為能量收集電源有巨大的發(fā)展潛力,它們僅需要電池儲存所收集的能量,并在光線(xiàn)暗淡時(shí)繼續供電。太陽(yáng)能電池板相對昂貴,因此從電池板抽取最大功率對于最大限度地減小電池板尺寸至關(guān)重要。比較棘手的問(wèn)題是,怎樣平衡太陽(yáng)能電池板尺寸和所需功率。太陽(yáng)能電池板的特性要求是要仔細管理隨負載變化的電池板輸出功率,以在各種不同的照明條件下,有效優(yōu)化電池板的輸出功率。
就給定照明量而言,太陽(yáng)能電池板有一個(gè)特定產(chǎn)生最大功率的工作點(diǎn) (參見(jiàn)圖1)。隨著(zhù)照明條件改變,保持在這個(gè)峰值功率點(diǎn)上運行的做法,稱(chēng)為最大峰值功率跟蹤 (MPPT)。要執行最大峰值功率跟蹤功能,常常需要使用復雜的算法,例如周期性地改變電池板的負載,同時(shí)直接測量電池板的輸出電壓和輸出電流,計算電池板的輸出功率,然后隨著(zhù)照明和 / 或溫度條件的改變,強制在提供峰值輸出功率的工作點(diǎn)上運行。這類(lèi)算法一般需要復雜的電路及微處理器控制方法。
圖 1:一個(gè)太陽(yáng)能電池板在不同的照明量情況下,電流隨電壓以及功率隨電壓的變化。無(wú)論照明量大小,該電池板的輸出電壓在最大功率點(diǎn) (VMP) 上都保持相對固定
不過(guò),在太陽(yáng)能電池板的輸出電壓和該電池板產(chǎn)生的功率之間存在一種有趣的關(guān)系。在最大功率點(diǎn)時(shí),無(wú)論照明量大小,太陽(yáng)能電池板的輸出電壓都保持相對固定。因此,在電池板工作時(shí),強制保持輸出電壓在這個(gè)峰值功率電壓 (VMP) 上,就能使電池板產(chǎn)生峰值輸出功率。因此,利用這個(gè) VMP 特性,而不是采用復雜的最大峰值功率跟蹤電路和算法,電池充電器就能保持峰值功率傳送。
LT3652 電池充電器的幾個(gè)特點(diǎn)
LT3652 是一款完整的單片降壓型且適用于多種電池化學(xué)組成的充電器,以高達 32V (絕對最大值為 40V) 的輸入電壓工作,并以高達 14.4V 的浮置電壓給電池組充電。LT3652 含有一種創(chuàng )新性的輸入調節電路,該電路采用一種簡(jiǎn)單和自動(dòng)的方法以控制充電器的輸入電源電壓,當使用穩定性不佳的電源 (例如太陽(yáng)能電池板時(shí)),這種方法很有用。LT3652HV 是該充電器的高壓版本,能以高達 18V 的浮置電壓給電池組充電。
輸入調節環(huán)路保持太陽(yáng)能電池板在峰值功率點(diǎn)上運行
如果輸入電源電壓向著(zhù)設定值方向下降,那么 LT3652 的輸入調節環(huán)路就線(xiàn)性地降低輸出的電池充電電流。這個(gè)閉環(huán)調節電路跟隨充電電流,因此也就跟隨輸入電源的負載而變化,這樣輸入電源電壓就可保持為等于或高于設定值。當由太陽(yáng)能電池板供電時(shí),通過(guò)簡(jiǎn)單地將最低輸入電壓值設定為等于電池板的峰值電源電壓 VMP,LT3652 就能以最大峰值功率跟蹤模式工作。所希望的峰值功率電壓通過(guò)一個(gè)電阻器分壓器設定。
如果充電時(shí),LT3652 所需要的功率超過(guò)了可從太陽(yáng)能電池板得到的功率,那么 LT3652 的輸入調節環(huán)路就隨之使充電電流降低。之所以出現這種情況,可能是因為所希望的電池充電電流上升,或太陽(yáng)能電池板照明量下降。在任何一種情況下,該調節環(huán)路都保持太陽(yáng)能電池板的輸入電壓等于設定的 VMP,正如 VIN_REG 引腳上的電阻器分壓器所設定的那樣。
該輸入調節環(huán)路是一種簡(jiǎn)單和從容的方法以強制特定太陽(yáng)能電池板在峰值功率點(diǎn)上工作。采用其他穩定性不佳的電源時(shí) (例如輸入電源在過(guò)流條件下可能出現崩潰的情況),也可以用這個(gè)輸入電壓調節環(huán)路來(lái)優(yōu)化運作。
集成和全功能的電池充電器
LT3652 以固定的 1MHz 開(kāi)關(guān)頻率工作,具有恒定電流 / 恒定電壓 (CC/CV) 充電特性。該器件可用外部電阻器編程,以提供高達 2A 的充電電流,同時(shí)充電電流準確度為 ±5%。該 IC 尤其適用于與流行和價(jià)格不高的"12V 系統"太陽(yáng)能電池板有關(guān)之電壓范圍,這類(lèi)系統的典型開(kāi)路電壓約為 25V。
該充電器采用 3.3V 浮置電壓反饋基準,因此用一個(gè)電阻器分壓器就可設定想要的電池浮置電壓在 3.3V 至 14.4V (采用 LT3652HV 時(shí)則高達 18V) 的范圍內。LT3652 的浮置電壓反饋準確度為 ±0.5%。LT3652 的寬輸出電壓范圍適用于很多電池化學(xué)組成和配置,包括多達 3 節串聯(lián)的鋰離子 / 聚合物電池、多達 4 節串聯(lián)的 LiFePO4 (磷酸鐵鋰) 電池以及多達 6 節串聯(lián)的密封鉛酸 (SLA) 電池。該充電器的高壓版本 LT3652HV 也已供貨。LT3652HV 以高達 34V 的輸入電壓工作,可充電至 18V 浮置電壓,適用于 4 節鋰離子 / 聚合物或 5 節 LiFePO4 電池組。
LT3652 含有一個(gè)可編程安全定時(shí)器,用來(lái)在達到所希望的時(shí)間后終止充電。簡(jiǎn)單地將一個(gè)電容器連接到 TIMER 引腳,就能啟動(dòng)該定時(shí)器。將 TIMER 引腳短接到地,就可將 LT3652 配置為,當充電電流下降到低于所設定最大值的 10% (C/10) 時(shí)終止充電,而 C/10 檢測的準確度為 ±2.5%。利用安全定時(shí)器實(shí)現終止,允許在電流低于 C/10 時(shí)進(jìn)行 Top-Off 型充電。一旦充電終止,LT3652 就進(jìn)入低電流 (85μA) 備用模式。如果電池電壓降至比所設定的浮置電壓低 2.5%,那么自動(dòng)再充電功能就啟動(dòng)一個(gè)新的充電周期。LT3652 采用扁平、12 引線(xiàn) 3mm x 3mm DFN 和 MSOP 封裝。 |