鋰離子電池太陽能充電器設計技巧

關鍵詞：太陽能、電池、電池充電器、鋰離子、Li-Ion、電源管理、模擬、半導體、德州儀器、TI

最近幾年，使用電池供電的小型設備發(fā)展迅速，例如：平板電腦、掌上游戲機、視頻播放器、數(shù)字相框等。一般而言，這些設備都使用可再充鋰離子 (Li-Ion) 電池作為電源。一些常見的充電解決方案包括墻上適配器類充電器和通用串行總線 (USB) 類充電器。盡管這些充電器解決方案是為鋰離子電池充電的一種低成本的解決方案，但是這些充電器也都存在一個共同的缺點：依靠主電源才能工作運行。這種對主電源的依賴性增加了用戶的電費開銷，同時也增加了溫室氣體排放。而且由于對主電源有依賴性，這些充電解決方案的便攜性也大打折扣。要想以一種有益環(huán)境的方式來延長電池使用時間，利用太陽能板收集自然光能量的太陽能充電器或許是一種理想的方案。太陽能充電器的另一個好處是它提供了一種可移動的充電解決方案。

本文中，我們將對開發(fā)太陽能充電解決方案過程中一些重要的考慮因素進行說明。需要考慮這些因素的主要原因是：隨著光照環(huán)境不同，電壓和電流也隨之變化，那么太陽能電池板就會成為一個高輸出阻抗電源。而墻上電源適配器或者USB電源均為低輸出阻抗電源，具有預先規(guī)定好的輸出電壓和電流。我們要討論的太陽能充電解決方案中需要重點關注的因素包括：最大功率點跟蹤 (MPPT)、反向漏電保護、充電終止方法技巧以及太陽能板崩潰保護等。

最大功率點跟蹤

最大功率點 (MPP) 是能夠獲得最大功率的太陽能電池工作區(qū)域[1]。圖 1 中的曲線圖表明了該區(qū)域。該曲線圖顯示了典型輸出電流與輸出功率同 MPP 雙節(jié)太陽能電池板電壓曲線的對比關系。曲線上的 MPP 很明顯，因為它是對應于太陽能電池板最大功率輸出的電壓和電流。MPP 與環(huán)境溫度和光線有關，因此會隨時間而變化。這表明，利用太陽能電源的充電器必須具有相應的電路，以隨環(huán)境條件變化不斷跟蹤 MPP。MPPT 方案種類繁多，包括簡單的開環(huán)技術（電池板電壓維持在固定開電路電壓）和復雜的微控制器類技術（測量輸入和輸出功率，然后正確調(diào)節(jié)電池板電壓）。

圖 1 輸出電流和輸出功率為雙節(jié)太陽能電池板電壓的函數(shù)