80V 降壓-升壓型鉛酸和鋰電池充電控制器 在太陽(yáng)能應(yīng)用中主動(dòng)地尋找真正的最大功率點(diǎn)

在太陽(yáng)能電源系統(tǒng)中，大部分的費(fèi)用成本都花在了電池板和電池上。任何成本效益型太陽(yáng)能電源解決方案均實(shí)現(xiàn)了電池容量利用率及這些組件之壽命的最大化。例如：一款高質(zhì)量的充電器可增加電池運(yùn)行時(shí)間、降低電池容量要求并延長(zhǎng)電池的使用壽命，從而最大限度地減低維護(hù)和更換成本。同樣，采用一個(gè)能夠從太陽(yáng)能電池板抽取最大可用電能的 DC/DC 控制器將縮減所需的電池板尺寸和成本。

LT8490 是一款用于鉛酸和鋰電池的充電控制器，其可由一塊太陽(yáng)能電池板或一個(gè) DC 電壓源供電。該器件具備用于太陽(yáng)能電池板的真正最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT) 功能和針對(duì)各種不同電池類型的優(yōu)化內(nèi)置電池充電算法，并不需要進(jìn)行固件開發(fā)。80V 的額定輸入和輸出使得 LT8490 能夠與包含多達(dá) 96 個(gè)串聯(lián)電池的電池板一起使用。功率級(jí)為降壓-升壓型配置，其采用了四個(gè)外部 N 溝道 MOSFET 和單個(gè)電感器。與大多數(shù)充電控制器不同，這種降壓-升壓型配置允許充電器在電池板電壓低于、高于或等于電池電壓的情況下高效地運(yùn)作。最小電池板電壓為 6V。

當(dāng)充電算法針對(duì)電池類型進(jìn)行了優(yōu)化之時(shí)，電池的使用壽命和運(yùn)行時(shí)間將得以延長(zhǎng)。同樣，一個(gè)在電池板被部分遮蔽的情況下跟蹤太陽(yáng)能電池板最大功率點(diǎn)的高性能 MPPT 充電器將允許使用尺寸較小和成本較低的太陽(yáng)能電池板。設(shè)計(jì)一個(gè)采用分立組件的充電器解決方案來(lái)完成所有這些任務(wù)既費(fèi)錢又耗時(shí)，通常需要一個(gè)微控制器、一個(gè)高性能開關(guān)穩(wěn)壓器和漫長(zhǎng)的固件開發(fā)周期。

完整的單 IC 太陽(yáng)能供電型電池充電器解決方案

LT8490 是一款擁有眾多特點(diǎn)的 MPPT 電池充電器控制器，包括：

l 集成型 MPPT 算法 (無(wú)需開發(fā)固件) 極大地加快了產(chǎn)品上市進(jìn)程

l 集成型降壓-升壓控制器允許 VIN 高于、低于或等于 VBAT

l 支持鉛酸電池和鋰離子電池

l 6V ~ 80V VIN 和 1.3V ~ 80V VBAT

LT8490 可由一塊太陽(yáng)能電池板或任何 DC 電壓源來(lái)供電。對(duì)于某種特定的電池電壓，可以使用多種類型的太陽(yáng)能電池板，因?yàn)殡姵匕咫妷嚎梢缘陀诨蚋哂陔姵仉妷?。LT8490 可接受從 6V 至 80V 最大 (低溫) 開路電壓的電池板輸入;該電壓范圍對(duì)應(yīng)于 16 至 96 個(gè)串接的太陽(yáng)能電池。

由于功率級(jí)是外置的，因此其可針對(duì)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化?？梢愿鶕?jù)需要來(lái)配置充電電流限值 (當(dāng)采用 DC 電壓源時(shí)還包括輸入電流限值)。

圖 1：簡(jiǎn)化的太陽(yáng)能供電型電池充電器原理圖

真正的最大功率點(diǎn)跟蹤

當(dāng)采用太陽(yáng)能電池板供電運(yùn)作時(shí)，LT8490 把電池板電壓保持在電池板的最大功率點(diǎn)上。即使在部分遮蔽的情況下，當(dāng)出現(xiàn)不止一個(gè)局部最大功率點(diǎn)時(shí) (太陽(yáng)能電池板內(nèi)部的旁路二極管產(chǎn)生的一種影響)，LT8490 可檢測(cè)并跟蹤真正的最大功率點(diǎn)。

圖 2 示出了一塊含 60 個(gè)電池的常見(jiàn) 250W 太陽(yáng)能電池板在兩種不同光照條件下的 P-V 曲線。當(dāng)整塊電池板獲得光照時(shí)，最大功率點(diǎn) (200W) 出現(xiàn)在 25V。在部分遮蔽的情況下 (見(jiàn)圖 3)，25V 電池板電壓下的可用功率下降至 50W，此時(shí)新的真正最大功率點(diǎn) (128W) 出現(xiàn)在 16V。請(qǐng)注意，原先的 25V/200W功率峰值實(shí)際上移動(dòng)到了一個(gè) ~32V/63W 的局部最大值。

圖 2：一塊含 60 個(gè)電池的 250W 太陽(yáng)能電池板在整個(gè)電池板得到光照且有一塊小陰影部分地遮蔽了一個(gè)電池 (圖 3) 之情況下的功率曲線

圖 3：右上角被遮蔽的太陽(yáng)能電池板

這種雙局部最大值效應(yīng)造成諸多控制器所采用之傳統(tǒng) MPPT 功能的“失效”，因?yàn)樗鼈冊(cè)诠β史逯祻淖畛醯?25V/200W 移動(dòng)至 32V/63W 的情況下仍然跟隨前者。與之相反，LT8490 可發(fā)現(xiàn)真正的 MPP 位于 16V/128W，因而能從太陽(yáng)能電池板獲得額外的 65W 功率。該器件是通過(guò)定期測(cè)量電池板的完整功率曲線并確定執(zhí)行操作的真正最大功率峰值的位置來(lái)做到這一點(diǎn)。在該場(chǎng)合中，從太陽(yáng)能電池板抽取的充電功率增加了兩倍多，而且在其他遮蔽情況下這種增加的幅度可能更大。

充電控制功能

通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)配置引腳上的電壓，就能根據(jù)每種應(yīng)用的要求來(lái)配置充電算法。采用 AGM、凝膠和濕電池技術(shù)制作的鉛酸電池需要略微不同的充電電壓以實(shí)現(xiàn)最佳的壽命，而鋰離子電池和磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池則具有不同于鉛酸電池的充電要求。部分內(nèi)置和可配置的充電控制功能包括：[!--empirenews.page--]

l 采用 NTC 傳感器的充電電壓溫度補(bǔ)償 (通常用于鉛酸電池)

l 電池過(guò)溫或欠溫時(shí)電路負(fù)責(zé)停止充電電流以保護(hù)電池

l 失效電池檢測(cè)電路可終止充電操作以避免發(fā)生危險(xiǎn)

l 深度放電電池的可調(diào)涓流充電可降低電池?fù)p壞的風(fēng)險(xiǎn)

l 恒定電流充電 (其在電池電壓達(dá)到其終值時(shí)變?yōu)楹愣妷撼潆?

l 當(dāng)電池滿充電時(shí)把充電電壓降至一個(gè)較低的浮動(dòng)電壓電平

l 當(dāng)采用一個(gè) DC 電壓源供電運(yùn)作時(shí)可設(shè)定充電時(shí)間限值

圖 4：具有鉛酸電池充電 / 控制功能的完整太陽(yáng)能電源系統(tǒng)

結(jié)論

LT8490 是一款全功能真正 MPPT 充電控制器，其能夠采用電壓范圍為 6V 至80V 的太陽(yáng)能電池板或 DC 電壓源供電運(yùn)作，并給 1.3V 至 80V 的鉛酸電池或鋰電池充電。功率級(jí)可容易地通過(guò)選擇四個(gè) MOSFET 和一個(gè)電感器來(lái)配置，從而使得充電器能夠在 VIN 高于、低于或等于電池電壓的情況下正常工作。該器件集成了所有必要的功能部件并內(nèi)置了電池充電算法和 MPPT 控制電路，不需要進(jìn)行固件開發(fā)。