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基于bq25703A/bq25895充电管理芯片实现太阳能应用方案

来源: 21ic
2021-11-25
类别:基础知识
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文章创建人 拍明芯城

原标题:基于bq25703A/bq25895充电管理芯片实现太阳能应用方案

  随着太阳能设备变得更加便携和互联,可充电电池消除了对交流适配器输入电源的需求,并利用了来自太阳的丰富能量。

  例如,电动自行车和互联网协议网络摄像头等设备大部分时间都在户外和远离电源插座的地方,因此太阳能充电对于系统运行至关重要。同样,太阳能充电技术可以在远足等远程活动期间将能量收集和存储在移动电源中,因为那里的电网无法到达。

  通常,单个太阳能电池产生大约 0.7V。电池板由多个堆叠电池组成,能够提供广泛的电压范围,并为充电系统提供输入电源。由于照射在面板上的阳光量不一致、温度变化和电池堆的高阻抗,太阳能电池板需要在最大点运行以输出最大功率和最高效率。

  当系统必须处理高源阻抗和照明变化时,使用降压(降压)或升压(升压)电压的充电器为太阳能应用提供最佳解决方案。TI 的 bq25703A 多节降压-升压充电器根据电池的充电要求在降压模式和升压模式之间转换,从而成功管理任何太阳能电压输入。在一些更简单的低功耗应用中,bq25895 单节电池降压充电器是太阳能电池充电的合适选择。bq25703A 和 bq25895 均使用 I 2 C 功能来确定系统的最大功率点 (MPP) 并有效地为电池充电。

  为中/大功率太阳能应用充电

  尽管市场上的许多充电器仅提供降压模式,但 bq25703A 能够降低或升高电池的输入电压。该充电器在 3.5V 至 24V 的输入电压范围内运行,与通常具有高达 24V 的开路电压的太阳能电池板兼容。为了有效地利用阳光作为太阳能充电应用的电源,充电器使用输入电压调节实现 MPP 跟踪 (MPPT) 以实现最大输出功率。

  太阳能电池板在其 IV 曲线上具有 MPP,在该曲线上光伏系统以最大效率运行。每条 IV 曲线都根据面板捕获的阳光量而变化;因此,MPP 一直在变化,如图 1 所示。

  

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  图 1:太阳能电池的 IV 曲线

  使用可调电压动态电源管理环路,当电压低于输入电压设置时,充电器会降低充电电流。凭借这种动态电源管理功能,bq25703A 可以为太阳能应用实现 MPPT。

  当太阳能电池板为输入供电时,MPPT 算法将输入电压调整为 MPP 电压并钳位输入电流以从电池板提取最大输出功率。图 2 说明了使用 bq25703A 的太阳能电池充电实现。

  

为太阳能应用选择合适的充电管理芯片


  图 2:使用 bq25703A 进行太阳能充电

  凭借降压、升压和降压-升压功能,这款充电器可以接受低于或高于电池所需的太阳能输入电压,并升压或降压,为 1 至 4 节电池充电。但是,如果设计需要低功率太阳能电池充电,bq25895 单节降压模式开关充电器会实施一种算法来提取 MPP。

  为低功率太阳能应用充电

  bq25895 为低功率应用的太阳能电池充电提供了一种简单的集成解决方案。bq25895 的工作输入范围为 3.9V 至 14V,兼容开路电压高达 12V 的太阳能电池板,可为单节锂离子 (Li-ion) 或锂聚合物电池充电。这款单节电池充电器使用充电器的集成模数转换器 (ADC) 实现 MPPT。

  假设电池电压固定,集成 ADC 会连续读取输入电压和电池充电电流,同时以 100mV 的步长进行操作。最初,充电电流和输入电流限制被设置为其最大限制。大多数情况下,太阳能电池板的 MPP 存在于开路电压的 65% 至 90% 之间。因此,为了尽量减少找到 MPP 所需的步骤数,算法将输入电压限制在该百分比范围内。

  参数初始化后,算法从其开路电压的 65% 下限开始增加,ADC 测量充电电流。通过不断监测最大充电电流,该算法可以确定 MPP 随着它随日光量的变化而变化。

  图 3 显示了使用 bq25895 的太阳能充电过程。尽管该器件仅提供降压功能,但充电器具有使用太阳能输入功率所需的 MPPT 算法,并且在非典型升压输入的低功率情况下也能取得成功。

  

为太阳能应用选择合适的充电管理芯片


  图 3:使用 bq25895 进行太阳能充电

  总结

  随着技术的便携性不断提高,市场上的设备正在迅速采用可充电电池来满足其电力需求。对于插头不易获得的户外应用,来自太阳的能量可以提供系统所需的输入功率。然而,由于阳光强度变化,充电器必须优化太阳能输入以有效输出最大功率。

  TI 的 bq25703A 和 bq25895 电池充电器实施 MPPT 以选择太阳能电池板的峰值输出功率。使用太阳能电池板作为电源不仅可以通过消除寻找外部电源插座的需要来增强用户体验,而且还可以利用太阳能提供的无限能量。


责任编辑:David

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