小型双电池太阳能板电池充电器设计方案

低功率电子技术的发展允许将电池供电的传感器和其他设备安置在远离电网的地方。在理想的情况下，为了真正摆脱电网的束缚，就应免除更换电池的需要，而代之以由局部环境提供的可再生能源 (如太阳能) 对电池进行再充电。本设计要点说明了怎样构建一款依靠小型双电池太阳能板工作的紧凑型电池充电器。该设计的独特之处在于 DC/DC 转换器运用功率点控制以从太阳能板吸取最大的功率。

最大功率点控制的重要性

虽然太阳能电池或太阳能电池板是按照功率输出来分类，但电池板的可用功率却很少是恒定的。其输出功率在很大程度上取决于光照、温度以及从电池板吸收的负载电流。为说明这一点，图 1 示出了一块双电池太阳能板在恒定光照条件下的 V-I 特性曲线。I-V 曲线在短路 (最左侧) 至大约 550mA 负载电流的范围内具有相对恒定的电流特性，随之在较低的电流条件下它遵从于恒定电压特性，并在开路时 (最右侧) 趋近于最大电压。电池板的功率输出曲线显示：功率输出在大约 750mV/530mA 的地方 (I-V 曲线的拐点处) 出现一个明显的峰值。如果负载电流增至超过功率峰值，则功率曲线迅速下降至零 (最左侧)。同样，轻负载也会使功率趋向于零 (最右侧)，不过这往往不太会是一个问题。

图 1：太阳能电池板的输出电压、电流和功率

当然，电池板的光照条件会影响可用功率 —— 光照少则功率输出较低;光照多则功率输出较高。尽管光照直接影响着峰值功率输出的大小，但它对于峰值在电压标度上的位置却没有那么大的影响。就是说，不管光照如何，出现峰值功率的电池板输出电压保持相对恒定。因此，通过适度调节输出电流以使太阳能板的电压处于或高于该峰值功率电压 (这里为 750mV) 是明智的。这种做法被称为最大功率点控制 (MPPC)。

图 2 示出了在采用和未采用最大功率点控制的情况下，阳光的变化对于充电电流的影响。模拟阳光的强度从 100% 降至约 20%，而后回升至 100%。请注意，当阳光强度下降至 20% 左右时，太阳能板的输出电压和电流也下降，但是 LTC?3105 的最大功率点控制则可以防止太阳能板的输出电压降至 750mV 的设定值以下。它通过减小 LTC3105 的输出充电电流以防止太阳能板电压骤降至接近 0V 来实现上述功能，如图 2 中右侧的曲线图所示。而在未采用功率点控制时，阳光强度的小幅下降也会完全阻断充电电流的流动。