凌力尔特：太阳能和风能在智能电网中所涉及的关键半导体技术

　　问：太阳能和风能是智能电网产业链中的重要一环，它们所涉及到的关键半导体技术有哪些？

　　答：在各家公司都致力于寻求降低功耗之方法的背景下，太阳能供电型电子设备的市场呈持续成长的态势。为了降低运行能源成本，部署在智能电网上的智能电表将很有可能由某种环境能量源来供电，而一种适用且丰富的能量源便来自太阳能。鉴于太阳能电源变化无常且不可靠，所以几乎所有的太阳能供电型设备都配有可再充电电池。因此，一个重要的目标是吸取尽可能多太阳能以对这些电池进行快速充电并保持其充电状态，从而在无法获得太阳能时将其用作一个能量源。
 

　　

　　Tony Armstrong

　　产品市场总监

　　电源产品

　　凌力尔特公司

 

　　然而，太阳能电池从本质上说是低效率部件，但它们确实具有一个最大输出功率点，因此在这个点上运作是显而易见的设计目标。问题是：最大输出功率的 I （电流） – V （电压） 特性会随着光照条件而发生变化。单晶太阳能电池的输出电流与光强度成比例，而其电压在最大功率输出时则相对恒定。对于给定的光强度，最大功率输出出现在每条 I – V 曲线的拐点处，此时，太阳能电池从恒定电压部件转变为恒定电流部件 （图 1）。

　　

　　图 1：单个光伏电池的典型最大功率点控制点

　　所以，当光照的强度无法满足充电器的满功率要求时，从太阳能电池板有效吸取功率的充电器设计必须要能够将电池板的输出电压调整至最大功率点。凌力尔特开发并推出针对太阳能电源应用的 LT3652 多种化学组成 2A 电池充电器的原因就在于此。该器件采用了一种输入电压调节环路，当输入电压降至由一个简单的分压器网络设定的编程电平以下时，此环路将减小充电电流。当 LT3652 由一块太阳能电池板供电时，输入电压调节环路用于将电池板保持在接近峰值输出功率。

　　另外，凌力尔特还推出了专门针对可再生能源应用的 LTC4070 电池充电器。它是一款适合锂离子 / 锂聚合物电池的易用和纤巧型并联电池充电器 IC。凭借其 450nA 的工作电流，LTC4070 可保护电池，并依靠以前无法使用的非常低电流充电电源 （间歇型或连续型） 来给电池充电。通过增设一个外部 P-FET，可把 LTC4070 的充电电流从 50mA 提升至高达 500mA。一个内部电池热量调理器可降低浮置电压，以在电池温度较高的情况下保护锂离子 / 锂聚合物电池 （当温度高于 40ºC 时，温度每上升 10ºC，该电池热量调理器就将降低浮置电压）。

　　通过以串联的方式配置多个 LTC4070，即可对多节电池的电池组充电并对其进行平衡。LTC4070 采用扁平 （仅高 0.75mm） 8 引脚 2mm x 3mm DFN 封装，仅需单个电阻器就能提供一个完整和超紧凑的充电器解决方案。该器件的特性集使其非常适合连续和间歇性的较低功率充电电源应用，包括锂离子 / 锂聚合物电池备份、薄膜电池、币形电池、存储器备份、具备份电源的太阳能供电系统、嵌入式汽车和能量采集 / 收集。

　　LTC4070 准确度为 1% 的终止电压具有引脚可选的 4.0V、4.1V 和 4.2V 浮置电压设定值，允许用户在电池能量密度和寿命之间做出权衡。独立的低电池电量和高电池电量监控状态输出负责指示电池已放电或完全充电。结合一个与负载相串联的外部 P-FET，低电池电量状态输出可实现锁断功能，该功能使系统负载自动与电池断开，以保护电池免遭深度放电。

　　问：贵公司提供哪些针对智能电网应用的产品和解决方案？能够帮助智能电网设计解决哪些瓶颈问题？

　　表 1：部分适用于智能电网应用的凌力尔特产品问：您认为能量收集产品的最大挑战是什么？应用前景如何？ 贵公司有哪些能量收集的产品？

　　答：在我们周围存在着许许多多的环境能量，能量收集的传统方法一直是借助太阳能电池板和风力发电机。不过，新的收集手段允许我们利用各种各样的环境能量源来产生电能。而且，重要之处不是电路的能量转换效率，而更多地是在于可为其供电的“平均收集”能量值。例如：热电发生器可将热量转换为电力、压电元件可转换机械振动、光伏元件用于转换阳光 （或任何光子源）、而电流转换器则可从湿气实现能量转换。这使得能够给远程传感器供电或对电能存储器件 （例如：电容器或薄膜电池） 进行充电，从而可为微处理器或发送器实施远程供电，而无需使用本地电源。这为凌力尔特的能量收集产品用作解决方案带来了机会。表 2 列举了我们在该领域中所提供的产品：

　　表 2：面向可再生能源应用的凌力尔特 IC 解决方案

　　表 2 所列的每一款产品都具有特殊的功能及性能指标，从而使其可作为针对特定环境能量类型的最优解决方案。概括起来，这些特性包括：

　　低待机静态电流 —— 通常小于 6μA，并可低至 450nA

　　低启动电压 —— 低至 20mV

　　高输入电压能力 —— 高达 34V （连续） 和 40V （瞬态）

　　能够处理 AC 输入

　　多输出能力和自主型系统电源管理

　　自动极性 *** 作

　　针对太阳能输入的最大功率点控制 （MPPC）

　　能够从低至 1ºC 的温差收集能量

　　占板面积紧凑且外部组件极少的解决方案