太陽(yáng)能電池板在工業(yè)中的應(yīng)用

在無(wú)需粘性和即時(shí)消息的環(huán)境中，用太陽(yáng)能電池來(lái)充電已成為主導(dǎo)趨勢(shì)。單塊太陽(yáng)能電池板存在于許多新興應(yīng)用中,其中包括堅(jiān)固耐用的軍用筆記本電腦、工業(yè)庫(kù)存和銷(xiāo)售點(diǎn)(POS)管理設(shè)備、遠(yuǎn)程檢測(cè)單元、便攜式汽車(chē)診斷設(shè)備、海洋太陽(yáng)能浮標(biāo)、路標(biāo)照明、路邊緊急電話(huà)、人行道指示燈照明、甚至是以太陽(yáng)能供電的垃圾壓縮機(jī)等。此外,在許多應(yīng)用中,也已經(jīng)出現(xiàn)了磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池,這種電池比以鈷為基礎(chǔ)的鋰離子聚合物電池(典型值為4.1V或4.2V)提供更高的安全性和更低的浮動(dòng)電壓(3.6V)。這種化學(xué)組成也有其他很多以鈷為基礎(chǔ)的鋰離子/聚合物電池所具有的優(yōu)點(diǎn),包括較低的自放電速率和相對(duì)低的重量。此外,相較而言,LiFePO4可提供更長(zhǎng)的周期壽命和總壽命、更高的峰值功率額定值、針對(duì)更高的熱失控電阻而達(dá)到更高安全性、以及更小的環(huán)境影響。浮動(dòng)電壓充電測(cè)試一般情況下,從太陽(yáng)能電池板汲取峰值功率,不是非常昂貴(因?yàn)槭褂锰?yáng)能電池穩(wěn)壓器模塊)就是難以達(dá)成,一般需要利用微控制器和大量獨(dú)立式零部件的復(fù)雜電路。這些完整的最大峰值功率追蹤(MPPT)模塊,傳統(tǒng)是以大型電池板電源應(yīng)用為目標(biāo),例如住宅或商務(wù)大樓,但是,隨著所發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能電源的用途越來(lái)越廣,市場(chǎng)應(yīng)用情況正在改變。對(duì)于給定數(shù)量的光能來(lái)說(shuō),太陽(yáng)能電池板具備一個(gè)輸出電壓,在這個(gè)輸出電壓時(shí)則產(chǎn)生峰值輸出功率。電池板內(nèi)部的旁路二極管可能產(chǎn)生復(fù)雜的功率與電流特性,當(dāng)電池板上有部分光線(xiàn)被遮住時(shí),這類(lèi)特性不容易優(yōu)化。不過(guò),目前市場(chǎng)上幾乎所有規(guī)定最大輸出功率低于25W～30W的12V系統(tǒng)太陽(yáng)能電池板都是由簡(jiǎn)單的串聯(lián)電池配置構(gòu)成,而不具備旁路二極管。這種類(lèi)型的配置產(chǎn)生位于窄電池板輸出電壓頻段內(nèi)的峰值輸出功率,而不論光照條件如何。視電池板特性的不同,峰值功率可能從12.5V～18.5V的電池板電壓產(chǎn)生。磷酸鐵鋰電池可能不可透過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鋰離子/聚合物電池充電器充電,考慮到這類(lèi)電池3.6V的較低浮充電壓特性,如果沒(méi)有正確充電,可能導(dǎo)致對(duì)電池不可修復(fù)的損壞。準(zhǔn)確的浮動(dòng)電壓充電將延長(zhǎng)電池壽命。充電預(yù)查驗(yàn)(慢充)還有助于避免損壞電池,尤其是在深度放電時(shí)。目前缺乏具內(nèi)置充電終止功能(以>20V的高壓工作)的太陽(yáng)能供電單片(內(nèi)置電源電路)電池充電器IC解決方案。但有一些暫時(shí)性解決方案則可完成這個(gè)任務(wù),尤其是獲得太陽(yáng)能的能力。不過(guò),這些解決方案大且復(fù)雜,需要很多外部部件,并占用寶貴的PCB面積。太陽(yáng)能供電單片電池閱讀器利用目前的解決方案從太陽(yáng)能電池板汲取峰值功率不是非常笨重,就是非常昂貴缺乏具內(nèi)置充電終止功能(以>20V的高壓工作)的太陽(yáng)能供電單片電池充電器IC解決方案磷酸鐵鋰電池有較低浮動(dòng)電壓的特殊充電需求,但是與鋰離子/聚合物電池相比有一些優(yōu)點(diǎn)太陽(yáng)能電源管理任何要滿(mǎn)足上面討論的設(shè)計(jì)限制條件的解決方案,都必須是精小、高壓和整體的,其能以?xún)?nèi)置充電終止功能對(duì)應(yīng)太陽(yáng)能電源輸入電壓變化和多種電池化學(xué)組成的解決方案。這樣的部件,將成為提高全球能量取得,與保存應(yīng)用安裝量的促成因素。自由或不帶任何安全—太陽(yáng)能電源能力和多種化學(xué)組成電池的運(yùn)行LT3652IC是以凌力爾特廣受歡迎和強(qiáng)大的LT3650系列為基礎(chǔ)而開(kāi)發(fā)的。它是一個(gè)創(chuàng)新、具太陽(yáng)能電源追蹤功能、整體降壓電池充電器IC。該部件運(yùn)用了一種創(chuàng)新的輸入電壓調(diào)節(jié)回路,該回路負(fù)責(zé)控制充電電流,以將輸入電壓保持在設(shè)定的位準(zhǔn)上。當(dāng)LT3652由單塊太陽(yáng)能電池板供電時(shí),輸入調(diào)節(jié)回路強(qiáng)制電池板以峰值輸出功率運(yùn)行。這個(gè)獨(dú)特的輸入電壓調(diào)節(jié)回路電路系統(tǒng)提供了與更復(fù)雜和更昂貴的MPPT方法幾乎同樣的輸出功率。LT3652可操作于4.95V～32V的寬范圍輸入,具40V絕對(duì)最大額定值,以增加系統(tǒng)裕度。它能夠?yàn)槎喾N電池組配置充電,包括單顆至三顆串聯(lián)鋰離子/聚合物電池、單顆至四顆串聯(lián)磷酸鐵鋰電池、12V密封鉛酸(SLA)電池、以及高達(dá)14.4V的電池。圖1為詳細(xì)信息。LT3652的充電電流可設(shè)定達(dá)2A。這款獨(dú)立型電池充電器無(wú)需使用外部微控制器,并具有使用者可選的充電終止功能,包括C/10或一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器。該部件的1MHz固定開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)了小巧的解決方案外形尺寸。浮動(dòng)電壓回授準(zhǔn)確度規(guī)定為±0.5%,充電電流準(zhǔn)確度為±5%,而C/10檢測(cè)準(zhǔn)確度為±2.5%。一旦充電操作終止,LT3652就自動(dòng)進(jìn)入一種低電流待機(jī)模式,該模式把輸入電源電流減小至85μA。在關(guān)機(jī)模式中,輸入偏置電流減小至15μA。在所有非充電周期,通過(guò)從電池泄漏<1μA的電流,LT3652最大限度地延長(zhǎng)了電池壽命。對(duì)于自主型充電控制,如果電池電壓降至編程設(shè)定的浮動(dòng)電壓以下達(dá)2.5%時(shí),自動(dòng)再充電功能就將啟動(dòng)一個(gè)新充電周期。其他安全相關(guān)的功能包括低電池電量預(yù)查驗(yàn)、熱敏電阻輸入以用于溫度合格的充電、壞電池檢測(cè)和二進(jìn)制編碼狀態(tài)輸出針腳。LT3652采用扁平(0.75mm)12引腳3mmx3mmDFN封裝,保證可工作于-40℃～125℃的接面溫度范圍內(nèi)。特定峰值功率電壓監(jiān)控LT3652的輸入電壓調(diào)節(jié)控制回路方法與昂貴的MPPT方法相比是非對(duì)具有優(yōu)勢(shì)的,其提供了幾乎同樣的效能。輸入電壓調(diào)節(jié)回路:從太陽(yáng)能電池板汲取最大可獲得的功率如果電池板輸出電壓降至編程設(shè)定的位準(zhǔn)以下,降低充電電流對(duì)于所使用的特定太陽(yáng)能電池板,保持電池板處在對(duì)應(yīng)于峰值輸出功率點(diǎn)的輸出電壓上透過(guò)電阻分壓器設(shè)定想要的特定峰值功率電壓對(duì)于圖2的應(yīng)用電路,圖2顯示作為輸入電壓函數(shù)的最大充電器電流,同時(shí)顯示在電池板電壓下降時(shí),該部件如何降低輸出電流。電壓監(jiān)視器接腳可實(shí)現(xiàn)對(duì)最小工作電壓的設(shè)置。從VIN到VIN＿REG接腳連接一個(gè)電阻分壓器,可實(shí)現(xiàn)最小輸入電源電壓的設(shè)置,這種方法一般用來(lái)為太陽(yáng)能電池板設(shè)置峰值功率電壓。當(dāng)VIN＿REG接腳低于2.7V的穩(wěn)壓門(mén)坎時(shí),則降低最大充電電流。如果輸入電源不能提供足夠的功率來(lái)滿(mǎn)足LT3652充電器的需求,那么電源電壓將崩潰。因此,最低工作電源電壓可以透過(guò)一個(gè)電阻分壓器監(jiān)視該電源來(lái)設(shè)置,以使想要的最低電壓對(duì)應(yīng)于VIN＿REG接腳的2.7V。LT3652伺服最大輸出充電電流,以保持VIN＿REG接腳上的電壓等于或高于2.7V。透過(guò)如圖3所示連接一個(gè)電阻分壓器,可以完成對(duì)想要的最低電壓的設(shè)定。對(duì)于想要的最低電壓(VIN(MIN)),RIN1/RIN2之比為:RIN1/RIN2=(VIN(MIN)/2.7)-1如果不使用電壓調(diào)節(jié)功能,那么VIN＿REG接腳可以連接到VIN。在晶太陽(yáng)能電極中的用溫度一個(gè)典型的太陽(yáng)能電池板是由許多串聯(lián)連接的電池組成,每節(jié)電池都是一個(gè)正向偏置的p-n節(jié)。因此,單顆太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓(VOC)具有與普通p-n節(jié)二極管類(lèi)似的溫度系數(shù),或溫度系數(shù)約為-2mV/°C。一個(gè)晶體太陽(yáng)能電池板的峰值功率點(diǎn)電壓(VMP)可以近似為一個(gè)低于VOC的固定電壓,因此這個(gè)峰值功率點(diǎn)溫度系數(shù)類(lèi)似于VOC的溫度系數(shù)。電池板制造商一般為VOC、VMP和VOC的溫度系數(shù)規(guī)定25℃的值,以此簡(jiǎn)單地決定一個(gè)典型電池板VMP的溫度系數(shù)。LT3652利用一個(gè)回授網(wǎng)絡(luò)來(lái)設(shè)定VIN輸入穩(wěn)定電壓。網(wǎng)絡(luò)控制有助于為一個(gè)MPPT應(yīng)用高效率地實(shí)現(xiàn)各種不同的溫度補(bǔ)償方案。太陽(yáng)能供電之充電系統(tǒng)太陽(yáng)能電源已經(jīng)從“時(shí)髦”變?yōu)閷?shí)用的方案,以住宅和商用大樓而言,最初的應(yīng)用需要大型電池板,而現(xiàn)在正逐漸變小、不依靠電網(wǎng)的單塊電池板應(yīng)用。在高階消費(fèi)性、汽車(chē)、工業(yè)、路邊、海洋和軍事領(lǐng)域上,也都已開(kāi)發(fā)了需要這類(lèi)單塊電池板太陽(yáng)能電源的便攜式和非便攜式應(yīng)用。LT3652在電池充電器領(lǐng)域因應(yīng)了尚未滿(mǎn)足的需求,此整體IC,為從太陽(yáng)能電池板汲取峰值功率提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、創(chuàng)新的輸入電壓控制回路,并具有為多種化學(xué)組成充電的能力,包括磷酸鐵鋰、鋰離子/聚合物和密封鉛酸電池。同時(shí),該部件還具有快速2A充電能力、內(nèi)置充電終止功能、高壓工作、并可組成一個(gè)精小而簡(jiǎn)單的解決方案。在今日眾所關(guān)注的“綠色”環(huán)保焦點(diǎn)中,太陽(yáng)能電源是相當(dāng)令人矚目的供電方案。而隨著使用可再生能源之趨勢(shì),同時(shí)也促成了太陽(yáng)能、或風(fēng)力等替代能源的與日俱增。而在脫離電網(wǎng)(此時(shí),沒(méi)有可用的線(xiàn)路電源)的應(yīng)用中,太陽(yáng)能電池板也成為一種富有吸引力的發(fā)電替代方案。一般情況下,這類(lèi)單一電池板可提供<25W～30W的功率,且面積不到4平方英尺,更低