锂离子电池太阳能充电器设计技巧

关键词：太阳能、电池、电池充电器、锂离子、Li-Ion、电源管理、模拟、半导体、德州仪器、TI

最近几年，使用电池供电的小型设备发展迅速，例如：平板电脑、掌上游戏机、视频播放器、数字相框等。一般而言，这些设备都使用可再充锂离子(Li-Ion)电池作为电源。一些常见的充电解决方法包括墙上适配器类充电器和通用串行总线(USB)类充电器。尽管这些充电器解决方法是为锂离子电池充电的一种低成本的解决方法，但是这些充电器也都存在一个共同的缺点：依靠主电源才能工作运行。这种对主电源的依赖性新增了用户的电费开销，同时也新增了温室气体排放。而且由于对主电源有依赖性，这些充电解决方法的便携性也大打折扣。要想以一种有益环境的方式来延长电池使用时间，利用太阳能板收集自然光能量的太阳能充电器或许是一种理想的方法。太阳能充电器的另一个好处是它供应了一种可移动的充电解决方法。

本文中，我们将对开发太阳能充电解决方法过程中一些重要的考虑因素进行说明。要考虑这些因素的重要原因是：随着光照环境不同，电压和电流也随之变化，那么太阳能电池板就会成为一个高输出阻抗电源。而墙上电源适配器或者USB电源均为低输出阻抗电源，具有预先规定好的输出电压和电流。我们要讨论的太阳能充电解决方法中要重点关注的因素包括：最大功率点跟踪(MppT)、反向漏电保护、充电终止方法技巧以及太阳能板崩溃保护等。

最大功率点跟踪

最大功率点(Mpp)是能够获得最大功率的太阳能电池工作区域[1]。图1中的曲线图表明了该区域。该曲线图显示了典型输出电流与输出功率同Mpp双节太阳能电池板电压曲线的比较关系。曲线上的Mpp很明显，因为它是对应于太阳能电池板最大功率输出的电压和电流。Mpp与环境温度和光线有关，因此会随时间而变化。这表明，利用太阳能电源的充电器必须具有相应的电路，以随环境条件变化不断跟踪Mpp。MppT方法种类繁多，包括简单的开环技术（电池板电压维持在固定开电路电压）和复杂的微控制器类技术（测量输入和输出功率，然后正确调节电池板电压）。

图1输出电流和输出功率为双节太阳能电池板电压的函数