基于太阳能电池的精简高效型电池充电解决方案

太阳能电源是今天更加关注环保的“绿色”社会热点问题。使用可再生能源的趋势日益增强，这种趋势不断导致诸如太阳能或风能等可选能源的增加。得到改善的技术连同这种趋势，正在使利用这些能源发电在经济上更加可行。需要大型电池板或电池板阵列的应用已出现于住宅和商业建筑物中。然而，在脱离电网 (此时，没有可用的线路电源) 的应用中，太阳能电池板也成为一种富有吸引力的发电替代方案。调节这种电池板提供的电源以给一个子系统中的电池充电，可使这种设备独立自主，并可位于偏远地区。一般情况下，这类单个电池板产生 <25W~30W 的功率，面积不到 4 平方英尺。更低功率的电池板可能更小。

　　太阳能供电的充电系统的目标是，不仅在白天直接给系统供电，而且在阳光最充足的时候给存储单元 (一般是电池) 充电，这样在夜间或阳光不充足的情况下，当电池板输出功率接近零时，电池就可以给系统供电。传统上，这些应用大部分使用密封铅酸 (SLA) 电池作为主要的存储单元，但是，随着应用的外形尺寸减小，锂化学组成正在变得越来越常见。在便携式和非便携式环境中，利用太阳能给这些电池充电正在日益成为主流。单块太阳能电池板有很多新出现的应用，其中包括坚固耐用的军用笔记本电脑、工业库存和销售点 (POS) 管理设备、远程检测单元、便携式汽车诊断设备、海洋太阳能浮标、路标照明、路边应急电话、人行横道指示灯照明、甚至太阳能供电的垃圾夯实机。

　　此外，在很多应用中也已经出现了磷酸铁锂 (LiFePO4) 电池，这种电池比基于钴的锂离子聚合物电池 (典型值为 4.1V 或 4.2V) 提供更高的安全性和更低的浮置电压 (3.6V) 。这种化学组成也有其他很多基于钴的锂离子/聚合物电池所具有的优点，包括低的自放电速率和相对低的重量。此外，比较而言，LiFePO4 提供更长的周期寿命和总寿命、更高的峰值功率额定值、针对更高的热失控电阻而实现的更高安全性、以及更小的环境影响。与基于钴的锂离子/聚合物电池比较，LiFePO4 的缺点包括较低的能量密度 (容量) 以及如果新电池太早“深度循环”，易于永久失效。

　　设计问题

　　一般情况下，从太阳能电池板抽取峰值功率或者非常昂贵 (因为使用太阳能电池稳压器模块) ，或者难以实现，一般需要利用微控制器和大量分立组件的复杂电路。这些全含式、最大峰值功率跟踪 (MPPT) 模块传统上以大型电池板电源应用为目标，例如住宅或商务大楼，但是，随着所发现太阳能电源的用途越来越多，市场应用情况正在改变。

　　对于给定数量的光能来说，太阳能电池板有某一个输出电压，在这个输出电压时，产生峰值输出功率。电池板内部的旁路二极管可能产生复杂的功率与电流特性，当电池板上有部分光线被遮住时，这类特性不容易优化。不过，目前市场上几乎所有规定最大输出功率低于 25W~30W 的 12V 系统太阳能电池板都是由简单的串联电池配置构成的，没有旁路二极管。这种类型的配置产生位于窄的电池板输出电压频带内的峰值输出功率，而不管光照条件。视电池板特性的不同，峰值功率可能从 12.5V 至 18.5V 的电池板电压产生。

　　磷酸铁锂电池可能不可用标准锂离子/聚合物电池充电器充电，考虑到这类电池 3.6V 的较低浮置电压特性，如果没有正确充电，可能导致对电池不可修复的损坏。准确的浮置电压充电将延长电池寿命。充电预查验 (涓流充电) 还有助于避免损坏电池，尤其是在深度放电时。

　　目前缺乏具内置充电终止功能 (以 >20V 的高压工作) 的太阳能供电单片 (内置电源电路) 电池充电器 IC 解决方案。有一些暂时的解决方案可以完成这个任务，尤其是获得太阳能的能力。不过，这些解决方案大且复杂，需要很多外部组件，并占用宝贵的 PCB 面积。

　　总结一下关键的设计问题：

　　·利用目前的解决方案从太阳能电池板抽取峰值功率或者非常笨重，或者非常昂贵

　　·缺乏具内置充电终止功能 (以 >20V 的高压工作) 的太阳能供电单片电池充电器 IC 解决方案

　　·磷酸铁锂电池有较低浮置电压的特殊充电需求，但是与锂离子/聚合物电池相比有一些优点

　　一个简单的解决方案

　　任何要满足上面讨论的设计限制条件的解决方案都必须是紧凑、高压和单片的，是一个能够用内置充电终止功能应对太阳能电源输入电压变化和多种电池化学组成的解决方案。这样的器件将成为提高全球能量获取与保存应用安装量的促进因素。