太陽能充電器項(xiàng)目研究報(bào)告(編輯修改稿)
2024-11-13 11:56 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 載電流值來說，這對(duì)輸出電壓僅產(chǎn)生很小的影響。 圖 3 顯示了太陽能電池的輸出特性。太陽能電池的輸出隨著二極管的 IV 特性不同而略有變化，且串聯(lián)電阻 (RS) 也會(huì)造成 較小的壓降，但輸出電壓基本保持為常量。 6 不過，在某一時(shí)刻，通過內(nèi)部二極管的電流會(huì)非常小，導(dǎo)致偏置不足，這樣二極管上的電壓會(huì)隨負(fù)載電流的上升而快速下降。最后，當(dāng)所有生成的電流都流經(jīng)負(fù)載而不通過二極管時(shí)，輸出電壓為零。這種電流稱作太陽能電池的短路電流 (ISC)，它與 VOC 都是決定電池工作性能的主要參數(shù)，因此，我們將太陽能電池視為“電流有限的”電源。當(dāng)輸出電流增加時(shí)，輸出電壓會(huì)下降，最后降為零，這時(shí)負(fù)載電流為短路電流。 圖 3 典型的太陽能電池 IV 特性 在大多數(shù)應(yīng)用中，理想情況是盡可能從太陽能電池獲得最大電力。由于輸出功率是輸出電壓與電流的乘積，因此我們應(yīng)明確電池哪部分工作區(qū)能實(shí)現(xiàn)最大的輸出電壓與電流乘積值，即所謂的最大功率點(diǎn) (MPP)。在一種極端情況下，輸出電壓為最大值(VOC)，但輸出電流為零；在另一種極端情況下，輸出電流為最大值 (ISC)，但輸出電壓為零。在上述兩種情況下，輸出電壓與電流的乘積均為零，因此， MPP 必須在兩種極端情況之間。 我們可以很容易地證明（或通過實(shí)驗(yàn)觀察到），不管在何種應(yīng)用， MPP 實(shí)際上總會(huì)出現(xiàn)在太陽能電池輸出特性圖的轉(zhuǎn)彎處（見圖 4）。實(shí)踐中的問題在于，太陽能電池 MPP 的確切位置會(huì)隨著光照和環(huán)境溫度的變化而變化，因此，為了盡可能利用太陽能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須在實(shí)際工作條件下實(shí)現(xiàn)或接近 MPP。 我們可通過幾種不同方法來跟蹤太陽能電池板系統(tǒng)的 MPP，不過這些方法通常會(huì)比較復(fù)雜，特別對(duì)衛(wèi)星等關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng) 來說更是如此。不過，在許多低成本系統(tǒng)中，我們并不必強(qiáng)求 MPP 跟蹤系統(tǒng)的精確性。簡(jiǎn)單的低成本解決方案只 要能收集到可用能量的 90% 左右就可以了。充電控制系統(tǒng)如何讓太陽能電池的工作接近 MPP 呢？ 7 圖 4 太陽能電池輸出 特性 動(dòng)態(tài)電源路徑管理 (DPPM) 技術(shù)能滿足跟蹤 MPP 的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。圖 5 顯示了鋰離子電池充電應(yīng)用的電路，可實(shí)現(xiàn)太陽能電池板電力的最大化，且我們能用 MOSFET Q2 來調(diào)節(jié)電池充電電流、充電電壓或系統(tǒng)總線電壓。太陽能電池板用作電源，對(duì)單節(jié)鋰離子電池進(jìn)行充電。太陽能電池板包括一系列硅單元串，每串包括 11 個(gè)硅單元，就好像電流有限的電壓源，電池板的尺寸及光照量決定著電流的大小。 DPPM 能夠監(jiān)控系統(tǒng)總線電壓 (VOUT) 隨電流限制電源的下降。系統(tǒng)總線連接的電容 (Co) 開始放電，一旦系統(tǒng)和 電池充電器所需電流大于太陽能電池板提供的電流，就會(huì)使系統(tǒng)總線電壓下降。一旦系統(tǒng)總線電壓降到預(yù)設(shè)的 DPPM 閾值，電池充電控制系統(tǒng)將在 DPPM 閾值位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)總線電壓。我們可通過降低電池充電電流來實(shí)現(xiàn)上述目的，從而獲得太陽能電池板的最大電力。 DPPM 控制電路設(shè)法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)條件，使系統(tǒng)獲得所需的電力，并用剩余電力給電池充電，這樣，我們就能最大化太陽能電池板的電力，并提高系統(tǒng)的可靠性。 圖中太陽能電池板提供的最大輸出電壓 (VOC) 通常在 ～ 之間。由于該電壓低于預(yù)定義的 6V 輸出調(diào)節(jié)電壓，因此 MOSFET Q1 完全打開。如果系統(tǒng)和電池充電器所需的總電流超過太陽能電池根據(jù)光照量決定的輸出電流，那么太陽能電池板的輸出電壓將降低，從而減小輸出電壓 (VOUT)。當(dāng) VOUT 降至 VDPPM 時(shí)（也是太陽能電池板的輸出電壓），充電電流降低。如 VDPPM 設(shè)置靠近 MPP 的話，那么太陽能電池板這時(shí)將工作在靠近 MPP 的位置。我們通過對(duì) RDPPM 進(jìn)行適當(dāng)編程，使其達(dá)到 8 一定的值，確保 VOUT 保持最小為 ，從而實(shí)現(xiàn)上述目的。我們之所以使用 VDPPM 的值，是 因?yàn)樗侠淼貙?duì)應(yīng)于太陽能電池板的 MPP。 圖 5 用太陽能電池板給一節(jié)鋰離子電池充電 假定 MOSFET Q1 上的壓降為 300mV，那么每個(gè)單元上的壓降將等于 436mV，這將最大化太陽能電池板的功率輸出。如果 VOUT 大于 ，那么 DPPM 不起作用，太陽能電池板將遠(yuǎn)離其 MPP。不過，只有系統(tǒng)和電池充電器所需的電力小于太陽能電池板的供電量時(shí)，才會(huì)發(fā)生上述情況。這時(shí)，效率降低并不會(huì)很重要。圖 3 顯示出，輸出功率接近 MPP 時(shí)，其曲線比較平坦，隨后會(huì)急劇下降，因此我們最好將 VDPPM 設(shè)得略高一些，而不要設(shè)得略低，這將盡可能降低因工作電壓設(shè)置不當(dāng)而對(duì)輸出功率產(chǎn)生不良影響。假如即便電池充電電流降至零時(shí)，太陽能電池板可用的電力也不足以給系統(tǒng)供電的話，那么 MOSFET Q 2 將完全打開， VOUT 剛好 降至電池電壓 VBAT 值以下，且電池可提供太陽能電池板所不能提供的電流。 如充電器工作于 DPPM 中時(shí)，內(nèi)部安全定時(shí)器會(huì)自動(dòng)擴(kuò)展。這樣，在低光照或無光照等特殊工作條件下，電池充電會(huì)非常慢，抑或電池會(huì)處于放電模式。我們幾乎不可能就所有應(yīng)用設(shè)置適當(dāng)?shù)某潆姲踩〞r(shí)器，否則就可能導(dǎo)致安全定時(shí)器出錯(cuò)，因此我們可通過禁用安
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