增设 PWM 电路可显著提高电池充电电流低于 200m

2019-04-13 22:41字体:
  

  任何太阳能电池板的一个重要特性是其可在一个相对恒定的工作电压 (VMP) 下实现峰值功率输出,这与照明水平无关 (见图 2)。2A 电池充电器充分利用了这一特性,以通过实施输入电压调节来把太阳能电池板保持于峰值工作效率 (正待专利审议)。当可用的太阳能功率不足以满足一个电池充电器的功率要求时,输入电压调节电路将减小电池充电电流。这将降低太阳能电池板上的负载以把太阳能电池板电压维持在 VMP,从而最大限度地增加太阳能电池板的输出功率。这种实现峰值太阳能电池板效率的方法被称为最大功率点控制 (MPPC)。

  虽然 MPPC 可在低照度期间优化太阳能电池板的效率,但当功率级别很低时电池充电器的电源转换效率将变差,从而导致从太阳能电池板至电池的总功率传输效率下降。本文将说明怎样通过运用一种简单的 PWM 充电方法 (其在功率级别很低时强制电池充电器以突发脉冲的形式释放能量) 来改善电池充电器效率。

  LT3652 上的 CHRG 电流监视器状态引脚负责指示电池充电电流的状态,并在这里用于控制 PWM 功能。该引脚在充电器输出电流大于 C/10 (即编程最大电流的 1/10) 时被拉至低电平,并在输出电流低于 C/10 时呈高阻抗状态。在低照度期间,输入调节环路可把充电器的输出电流减小至 C/10 以下,从而导致 CHRG 引脚变至高阻抗。该状态引脚的“状态变更”功能用于通过触发一个输入欠压闭锁 (UVLO) 电路 (其下降门限位于一个高于输入调节电压 VIN(REG) 的太阳能电池板电压) 来停用 IC。作为针对充电器停用的响应,太阳能电池板电压将在 UVLO 迟滞范围内爬升,直至达到 UVLO 上升门限为止,此时以满功率重新使能充电器。充电器随后将提供充电电流,直到输入电压调节环路再次停用充电器为止。该循环不断地重复,从而产生一个由一系列高电流突发脉冲组成的充电器输出,这可在任何照明水平下最大限度地提高充电器的效率以及整个太阳能充电器系统的效率。

  图 1 示出了一款具低功率 PWM 功能的太阳能电池板至 3 节锂离子电池充电器。该充电器使用了一个 17V 输入调节电压 (针对“12V 系统”太阳能电池板的一种常用 VMP),其采用VIN_REG引脚上的电阻分压器 R4 和 R5 来设置。把一个典型 12V 系统太阳能电池板的工作电压保持在其 17V 额定 VMP 电压可产生接近 100% 的太阳能电池板效率,如图 3 所示。低功率 PWM 功能采用 M1、R6、R7 和 R8 来实现。

  如图 4 所示,增设 PWM 电路可显著提高电池充电电流低于 200mA 时的效率。LT3652 的 CHRG 引脚在所需充电电流超过 2A 编程最大充电电流的 1/10 (即 200mA) 时被拉至低电平。当充电电流被输入调节环路减小至 200mA 水平以下时,CHRG 引脚变至高阻抗,这允许将 M1的栅极上拉至 VBAT,从而使能 FET M1。该 FET 把 R7 拉至地,从而启用了一种输入电压 UVLO 功能 (其采用了 SHDN 引脚以及由 R6 和 R7 构成的电阻分压器)。UVLO 功能采用该分压器进行设置,以拥有一个 18V 的下降门限和一个 20V 的上升门限。下降门限是一个关键性的设计参数值,而且必须被设置为一个高于输入调节电压、并且比上升门限低 10% 的电压 (这是 LT3652 停机门限迟滞决定的)。在低照度条件下,当可用的太阳能电池板功率不足以让 LT3652 提供所需的充电电流时,LT3652 的输入电压调节环路将减小输出充电电流,直到充电器输入功率与太阳能电池板提供的可用功率相等为止。当输入调节环路运行时,VIN 上的太阳能电池板电压被保持在 17V 的编程峰值电源电压,从而最大限度地增加了太阳能电池板所产生的功率。如果太阳能电池板照度变得足够低,以至于可用的太阳能电池板功率对应于200mA 以下的充电电流,则 CHRG 引脚将变至高阻抗且 UVLO 功能通过 M1、R6 和 R7 来使能。

  由于 VIN 处于 17V (这低于 UVLO 下降门限),因此 LT3652 停机,从而停用所有的电池充电功能电路。当电池充电器停用时,几乎所有的太阳能电池板输出电流都在给输入电容器 (C1) 充电,这使得 VIN 上的电压增加,直至达到 20V 的 UVLO 上升门限为止,从而重新使能 LT3652。由于电池充电器在 VIN 远远高于 17V 输入调节门限的情况下重新使能,所以全部的充电电流均流入电池。作为针对高电池充电电流水平的响应, CHRG 状态引脚被拉至低电平,这将停用 UVLO 功能。只要电池充电器所需的功率低于可从太阳能电池板获得的功率,太阳能电池板电压将骤降,直到 VIN 降低至 17V 为止,此时利用输入调节环路来减小电池充电电流以维持该电压。当充电电流再次减小至 200mA 时, CHRG 引脚变至高阻抗,UVLO 电路被重新启用,停用/使能循环重复进行,从而产生一串充电电流“突发脉冲”,其取平均至与可从太阳能电池板获得之功率相对应的电池充电电流。

  

  图 5 示出了图 2 中电路的 PWM 操作。当 LT3652 停用时,VIN 上的电压从 17V 的输入调节门限斜坡上升至 20V 的停机门限。LT3652 CHRG 引脚上的电压在充电器使能时为低电平,而在充电器停用时则为高电平。当充电器停用时,环亚游戏,太阳能电池板的能量被存储在输入电容器中,因此从太阳能电池板提供的输出功率保持连续。太阳能电池板的效率对应于PWM 操作期间太阳能电池板上的平均电压 (其大约为 18.5V)。

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