引言

　　作為一種在偏遠地區進行發電的實用型方法，太陽能電池板正日益被人們所接納，不過，盡管在技術方面已有所改進，可是太陽能電池板的價格仍然很昂貴。大部分費用來自電池板本身，其尺寸 (因而包括成本) 會隨著所需功率輸出的提高而增加。為了實現具最小尺寸和最高成本效益的解決方案，盡量提升太陽能電池板的性能是十分重要的。

　　本設計要點介紹了兩款能夠增加太陽能電池板接收能量的簡單電路。在這兩款電路中，均由太陽能電池板給電池充電，再由電池在沒有陽光照射的情況下提供應用電路運作所需的電源。

　　設計要求

　　要想實現太陽能電池充電器的最佳設計，就必需對太陽能電池板的特性有所了解。首先，由于結面積很大，太陽能電池板會發生泄漏，因此電池會在黑暗條件下通過太陽能電池板放電。另外，每塊太陽能電池板都具有一個特征VI曲線和一個最大功率點，所以，如果負載特性與太陽能電池板特性不匹配，那么收集的能量將會減少。從理想上來說，太陽能電池板在最大功率點上將始終被加載，旨在充分地利用可用的太陽能，并由此實現太陽能電池板成本的最小化。

　　圖 1 太陽能電池板在不用時會泄漏電流 (黑暗環境或夜晚期間的放電電流)，因而導致電池電量的潛在消耗。采用簡單二極管的解決方案能夠減小放電電流，但它也會引起一個使電池充電電流減小的電壓降。一種更佳的解決方案是采用一個基于 LTC4412 的理想二極管，與傳統二極管相比，這種理想二極管可使反向漏電流減小一個數量級，并具有極小的正向電壓降，從而增加了充電電流

　　太陽能二極管和 LTC4412

　　太陽能電池板的泄漏問題一般是通過給電池板串聯一個二極管來解決的。反向泄漏可被減小至一個低的數值，但仍有一些能量在二極管正向電壓降中損失掉。采用 LTC4412 理想二極管控制器是一種較佳的解決方案。當與一個小的外部 PFET 組合在一個簡單電路中時，該器件將起一個理想二極管的作用 ―― 它具有一個僅 20mV 的正向電壓降和很低的反向泄漏。這就意味著，與采用一個簡單的二極管相比，LTC4412 實現了更佳的充電和放電性能的組合 ―― 您將獲得更多的充電能量，而且將能夠保存更多的能量。LTC4412 理想二極管的低電壓降還允許該解決方案把太陽能電池板電流調節至幾安培，而不會發生采用傳統二極管時常見的發熱問題。

　　有兩個遺留問題，即：至一個滿充電電池的浮動電壓控制以及最佳點上的太陽能電池板加載 (用于發電)。 這些問題可以利用一個高效降壓型穩壓器的開關模式充電器來解決。

　　采用一個降壓型穩壓器作為電池充電器的控制器

　　傳統觀念認為圖 2 所示的電路將不會帶來多大的好處，但是，傳統觀念基于的是傳統器件。該電路是一個開關模式的充電器，基于異常高效的 LTC1625 No RSENSE (無檢測電阻器) 同步降壓型控制器。該電路被置于太陽能電池板和電池之間，并負責調節電池浮動電壓。附加基于 LTC1541 的控制環路強制充電器在太陽能電池板最大功率的條件下運作。效率的增加縮小了太陽能電池板所需的尺寸，從而降低了總解決方案的成本。

　　圖 2 峰值功率跟蹤降壓型充電器最大限度地提升了效率

　　圖 3 示出了傳統太陽能電池板充電器與基于 LTC1625 的峰值功率跟蹤充電器的性能對比 (作為電池電壓的一個函數)。數據顯示與基于簡單二極管或理想二極管的解決方案相比，基于 LTC1625 的解決方案可向電池提供更高的充電電流。可提供的額外充電電流大小 (相比于二極管解決方案) 取決于電池電壓，當給一個深度放電的 (10V) 電池充電時，可額外提供高達 22% 的電流。上述結果基于一個 5W 太陽能電池板，時間是 9 月一個陽光充足的下午 (2:00pm 左右)，未能展現 LTC1625 在其最佳光照條件下所能達到的水平。LTC1625 同樣能夠提供較高的功率，而且可用于一個基于 10A 太陽能電池板的充電器，并實現相似的高效率。

　　圖 3 與不具備跟蹤電路的解決方案相比，峰值功率跟蹤電路可向電池提供更多的電流

　　結論

　　相比基于傳統二極管的參考電路，本文介紹的兩款電路改善了太陽能電池板的太陽能收集效果。基于 LTC4412 的電路在傳統太陽能二極管的基礎上實現了一種簡單的升級，可提供較高的充電電流和較低的放電電流，并減少了發熱問題。增設一個基于 LTC1625 的降壓型穩壓器將造就一個具有浮動電壓調節和太陽能電池板峰值功率調節能力的完整充電器，旨在最大限度地增加太陽能的收集量。在太陽能電池板峰值功率電壓與電池電壓之間存在失配的情況下，這種電路的好處將特別明顯。