10W 至 100W 范圍、基于電池的太陽能供電系統(tǒng)常常使用開關(guān)穩(wěn)壓器控制電池充電。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是高效率，為峰值功率點(diǎn)跟蹤提供了方便，但代價(jià)是要使用一個(gè)電感器、電路復(fù)雜且有噪聲。線性控制是一種更簡單的辦法，可以替代開關(guān)穩(wěn)壓器，在約高達(dá) 20W 的應(yīng)用中是可行的。盡管簡單、沒什么噪聲，但是線性充電控制器產(chǎn)生熱量，這些熱量必須用散熱器散出。散熱器尺寸大、成本高、組裝復(fù)雜，有點(diǎn)抵消了人們心目中線性充電控制器相比開關(guān)穩(wěn)壓器而言所具備的優(yōu)點(diǎn)。

遲滯控制器可以按需連接或斷開太陽能電池板以限制電池的充電狀態(tài)，提供了一種出色的解決方案，沒有電感器、復(fù)雜性、噪聲和散熱問題。

串聯(lián)和并聯(lián)遲滯開關(guān)拓?fù)涠伎梢允褂�。�?dāng)電池達(dá)到最高充電電壓時(shí)，串聯(lián)配置斷開與太陽能電池板的連接，然后當(dāng)電池電壓降至較低的門限時(shí)，再重新連接太陽能電池板。串聯(lián)配置的主要難題是驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)開關(guān)，這在采用 N 溝道 MOSFET 時(shí)需要一個(gè)充電泵，或者在采用 P 溝道 MOSFET 時(shí)需要一個(gè)高壓、高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)電路。

更可取的并聯(lián)配置如圖 1 所示。在這種配置情況下，當(dāng)電池電壓降至低于一定的門限值時(shí)，開關(guān) (S1) 斷開，從而允許太陽能電池板電流給電池充電。當(dāng)電池電壓超過第二個(gè)更高的門限時(shí)，開關(guān)接通以將太陽能電池板電流分流到地。當(dāng) S1 短路太陽能電池板時(shí)，二極管 D1 隔離電池。用一個(gè) N 溝道 MOSFET 很容易實(shí)現(xiàn)這種開關(guān)，由一個(gè)以地為基準(zhǔn)的比較器之輸出直接驅(qū)動(dòng)。

圖 1：并聯(lián)模式遲滯開關(guān)在小型太陽能系統(tǒng)中調(diào)節(jié)電池充電

圖 2 顯示了一個(gè)完整的、用于 12V 鉛酸電池的并聯(lián)充電控制器，該控制器電路用 100V 微功率電壓監(jiān)視器 LTC2965 作為控制組件。在這個(gè)應(yīng)用中，當(dāng)控制器未監(jiān)視 100V 時(shí)，LTC2965 的 3.5V 至 100V 工作范圍富富有余地涵蓋了 12V 電池通常的電壓范圍，提供了大量裕度。

圖 2：并聯(lián)模式遲滯穩(wěn)壓器。跳變點(diǎn)在 0°C 至 50°C 范圍內(nèi)是溫度補(bǔ)償?shù)摹?/p>

LTC2965 包含一個(gè)約 78MΩ 的 10:1 分壓器，用來監(jiān)視 VIN 引腳的電池電壓。門限是從一個(gè)精確的 2.412V 基準(zhǔn)、用一個(gè)單獨(dú)的外部分壓器產(chǎn)生的，并與衰減版的 VIN 比較。這種配置在主分壓器中無需精確的高阻值電阻器。

遲滯是通過在高低門限之間來回切換比較器的負(fù)輸入產(chǎn)生的，高低門限由 INH 和 INL 引腳設(shè)定。這些跳變點(diǎn)決定了電池充電開始和終止時(shí)的電壓。

其他重要特點(diǎn)包括：LTC2965 的低功率運(yùn)行 (40µA 總電源電流，包括 Q1 的柵極驅(qū)動(dòng))、準(zhǔn)確度為 0.5% 的內(nèi)置基準(zhǔn)、以及具獨(dú)立門限調(diào)節(jié)的遲滯運(yùn)行。

運(yùn)行過程如下。最初，電池電壓低于 13.7V，比較器輸出為低，Q1 斷開，從而允許所有可用太陽能電池板電流經(jīng)過 D1 流向電池和負(fù)載。隨著電池充電，其電壓上升，一旦達(dá)到較高的充電限制 14.7V，Q1 就接通，從而將太陽能電池板短路到地。D1 隔離電池和并聯(lián)通路。隨著 Q1 接通，電池電壓下降，下降速率取決于充電狀態(tài)和負(fù)載電流幅度。當(dāng)電池電壓達(dá)到較低的浮置限制 13.7V 時(shí)，Q1 斷開，太陽能電池板電流再次加到電池和負(fù)載上。

這種充電方法有一些循環(huán)充電和涓流充電屬性。開始充電后一直持續(xù)，直到電池電壓達(dá)到 14.7V 為止，然后電路開始脈沖充電以完成充電過程。

需針對(duì)某種特定應(yīng)用正確地確定電池和太陽能電池板的尺寸，這一點(diǎn)是重要。一般說來，選擇最大或 “峰值” 電池板電流等于 24 小時(shí)平均負(fù)載電流的 10 倍，以及電池的安培-小時(shí) (Ah) 容量等于這個(gè)平均電流的 100 倍。一塊包含 36 節(jié)電池的太陽能電池板之峰值電流通過把該電池板“市場銷售”所宣稱的功率 (W) 除以 15 來估算。一塊 15W 太陽能電池板在有利情形下預(yù)期能夠產(chǎn)生 ~1A 的最大輸出電流，但是應(yīng)通過考慮之中的太陽能電池板的實(shí)際測量對(duì)此加以驗(yàn)證。

這些關(guān)系是在美國加利福尼亞州米爾皮塔斯得出的，可僅靠電池供電提供 4 天運(yùn)行時(shí)間，電池板朝向冬季最大日射率方向。在圖 2 情況下，電路可連續(xù)提供 100mA 負(fù)載 (每天 2.4Ah)，從而需要使用 1A 電池板和 10Ah 電池。圖 2 中規(guī)定的稍小一點(diǎn)之電池小于一般尺寸，在沒有任何太陽能輸入的情況下，提供大約 3 天運(yùn)行時(shí)間。

充電門限由一個(gè) NTC 熱敏電阻器在 0°C 至 50°C 范圍內(nèi)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。如果在受控環(huán)境中運(yùn)行，就不需要溫度補(bǔ)償，熱敏電阻器和 150k 電阻器就可以用一個(gè)固定的 249k 電阻器取代。如果有讀者希望消除 1% 電阻器引入的誤差，那么圖 3 顯示了一種簡單的電路，可在 ±250mV 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)充電門限。

圖 3：±250mV 微調(diào)電路。加到圖 2 中的 VREF 和 INH 引腳上。

雖然太陽能電池板的朝向控制是以每年收集總能量最多為準(zhǔn)，但是必須優(yōu)化一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)以在最低季節(jié)性日射率情況下保持運(yùn)行，并為意外天氣情況留出余量。人們關(guān)注的主要問題是太陽能電池板的朝向，這本身就是一門科學(xué)。計(jì)算一個(gè)在理論上理想和固定的取向是相對(duì)簡單;但一大堆非理想性 (包括大氣散射、霧、云、陰影、地平線角度和其他因素在內(nèi)) 的眾多非理想效應(yīng)也會(huì)使這不精確。