动态电源路径管理简化了太阳能板对电池的充电

动态电源路径管理简化了太阳能板对电池的充电

最初，TI 的线性充电稳压器bqTINY-III 系列只是设计用于通过一个 AC 适配器或 USB 端口为单体锂离子电池充电，然而，这些 IC 也非常适用于由太阳能板供电的应用。

太阳能电池通常是由 p-n 结组成的，p-n 结中入射光线能量（光子）通过导致电子和空穴的重新组合来产生电流。由于 p-n 结的特性类似于二极管的特性，因此我们通常以如图 1 中所示的电路作为太阳能电池特性的一个简化模型。

图1 太阳能电池简化电路模型

电流源 IPH 会产生一个和太阳能电池上的光量度成正比的电流。在没有负载连接的情况下，几乎所有产生的电流均流经二极管 D1，其正向电压决定了太阳能电池的开路电压 (VOC)。该电压会因不同类型太阳能电池的特性不同而有所差异，但是，对于大多数硅电池而言，这一电压都在 0.5V～0.6V 之间（这也是 p-n 结二极管的标准正向电压）。在实际太阳能电池应用中，并联电阻 RP 的漏电流很小。随着负载电流的增加，IPH 产生的大部分电流从二极管中流出来并进入负载。对于大多数负载电流而言，这个过程对于输出电压仅有很小的影响。由于二极管的 I-V 特性会有轻微的变化，并且由于串联电阻 RS 的原因（其具有连接损耗）电压会稍有下降，但输出电压却保持大体恒定。然而，有时流经 D1 的电流太小，从而导致二极管偏置不够，并且二极管两端的电压会随着负载电流的增加而急剧下降。最后，如果所有产生的电流均只流经负载（而不流经二极管），则输出电压就会变为零。这个电流被称为太阳能电池的短路电流 (ISC)。ISC 和 VOC 都是定义太阳能电池工作性能的主要参数之一（请参见图 2）。

图2 典型的太阳能电池I-V 特性

在大多数应用中，人们都期望太阳能电池能提供尽可能多的电能。由于输出功率是输出电压和电流的乘积，因此就必须确定电池工作区域中的哪一部分所产生的 VI 值最大。这一点被称为最大功率点 (MPP)。当输出电压为其最大数值 (VOC) 时，输出电流为零，这是一个极端情况；而当输出电流达到最大值 (ISC),但输出电压为零时，则是另一种极端情况。在这两种情况下 VI 的乘积均为零，因此，这两种极端情况肯定都不是 MMP 点。我们可以很容易证明（或通过实验进行观察），在任何应用中，MPP 一般会出现在太阳能电池输出特性（请参见图 3）下半部分的某个位置。但问题是太阳能电池 MPP 的确切位置会因入射光线和环境温度不同而变化。所以，设计旨在动态地调节太阳能电池的输出电流，以达到太阳能电量生成系统的最大化，以便在实际应用中其能够在 MPP 点或者其临近点工作。

图3 太阳能电池输出特性

实施这一方案（最大功率点跟踪器）的方法有很多，但都非常复杂，尤其是在卫星等任务关键型系统中。然而，在很多小型应用中，并不需要极其精确的 MPP 跟踪方案，只需要一个能利用率约 90%-95% 可用电能的简单低成本解决方案即可。TI 线性充电控制器 bqTINY-III 系列的动态电源路径管理 (DPPM) 功能就可用于诸如简化 MPP 跟踪器的实施。

DPPM 功能的主要原理如图 4 所示。暂时忽略 USB 输入，电路的工作原理如下：Q1 对 OUT 引脚的电压进行调节，Q2 根据一个典型的 CC-CV 锂离子充电曲线对充电电流进行调节。如果连接至 AC 引脚的电源电流不足而无法为系统供电并为电池充电，则 VOUT 开始下降。如果 VOUT 达到了预定义的阈值 VDPPM，bqTINY-III 则会自动将充电电流降至一个可保持 VDPPM 时 VOUT 的水平。