太陽(yáng)能光伏電能的完整單芯片解決方案

作為一個(gè)經(jīng)驗法則，最大功率點(diǎn)控制電壓應該約為光伏電池開(kāi)路電壓的75%～80%。讓電池跟蹤這樣的電壓，所產(chǎn)生的電池輸出電流為短路電流的75%～80%。

在室外照明情況下給鋰離子電池充電

使用光伏電源的應用面臨的挑戰之一是，在黑暗和光照量較低的情況下，輸入功率不足。就大多數應用而言，這種挑戰使得有必要使用能量存儲組件，例如足夠大的超級電容器或可再充電電池，以在最長(cháng)預期黑暗時(shí)間內也能正常供電。

利用圖6所示的LTC3105電路和一個(gè)2英寸×1英寸的多晶光伏電池給鋰離子電池充電，所測得的充電電流曲線(xiàn)如圖7所示。圖7中上面的曲線(xiàn)顯示，在天氣晴朗、陽(yáng)光充足的典型情況下的充電電流;下面的曲線(xiàn)則顯示，在陰云密布時(shí)觀(guān)察到的充電電流。即使在這類(lèi)光照量很低的情況下，在整個(gè)白天也能保持250μA或更大一些的充電電流，這相當于給電池提供了總共 6mAh 的充電。

選擇合適的能量存儲器件

就儲存收集的能量而言，有很多可選方案，包括種類(lèi)繁多的可再充電電池技術(shù)和高能量密度電容器。沒(méi)有一種技術(shù)能適用于所有應用。為應用選擇存儲組件時(shí)，要考慮很多因素，包括自放電速率、最大充電和放電電流、電壓靈敏度和周期壽命。

在光伏應用中，自放電速率尤其重要。在大多數光伏電源應用中，可用充電電流都很有限，高的自放電速率可能消耗大部分來(lái)自光伏電源的可用能量。有些能量存儲組件 (例如大型超級電容器)自放電電流也許超過(guò)100μA，這又可能顯著(zhù)削減白天充電周期積累的凈電荷。

另一個(gè)關(guān)鍵考慮因素是能量存儲器件的充電速率。例如，最大充電電流為300μA的鋰離子幣形電池需要在電池和 LTC3105輸出之間有一個(gè)大的電阻器，以防止過(guò)流情況。這可能限制能收集的能量，從而削減可用于應用的能量。

在很多情況下，充電速率與另一個(gè)重要因素“周期壽命”成正比。存儲組件的周期壽命決定該組件不用維護可以在現場(chǎng)工作多長(cháng)時(shí)間。一般而言，更快的充電和放電會(huì )縮短組件的工作壽命。超級電容器擁有非常長(cháng)的周期壽命，而用相對較高的電流(電荷》1C)給電池充電會(huì )縮短壽命。除了充電和放電速率，每個(gè)充電/放電周期的深度也可能影響電池壽命，周期越深，壽命越短。某些類(lèi)型的電池，尤其是鋰離子電池和薄膜電池，最高和最低電壓都必須仔細控制。在LTC3105應用中，最高充電電壓得到了良好控制，因為當輸出進(jìn)入穩定狀態(tài)后，轉換器終止充電。為了防止過(guò)充電，LTC3105可與LTC4071并聯(lián)電池充電器一起使用，如圖8所示。

結論

LTC3105是一款完整的單芯片解決方案，適用于從低成本、單節光伏電池收集能量。其集成的最大功率點(diǎn)控制和低壓?jiǎn)?dòng)功能允許直接用單節光伏電池工作，并確保最佳能量抽取。LTC3105可用來(lái)直接給電路供電，或給能量存儲器件充電，以允許在黑暗或光照很少時(shí)工作。LTC3105使其有可能實(shí)現自主遠程傳感器節點(diǎn)、數據收集系統，以及其他要求不依賴(lài)電網(wǎng)和最低限度維護的應用。