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基于LT3652的太阳能充电器设计方法

发布时间:2020-06-30 18:41:33 阅读: 来源:豆浆机厂家

摘要: 基于太阳能充电器需求的不断增加,采用LT3652电池充电管理芯片设计了一种多功能太阳能充电器。在详细介绍LT3652 输入电压调节环路及该芯片的其他功能的基础上,针对设计过程中涉及的元器件选型,PCB布线注意事项作了详细介绍。同时对如何设计更具有生命力和适应性的充电器产品给出了建议。本方案的太阳能充电器可实现对光伏电池的最大峰值功率跟踪,使充电效率最大化,同时也减少光伏电池使用量。该太阳能充电器具有很高的浮充电压精度,可满足对充电电压要求严苛的充电设备的充电需求。

本文引用地址:太阳能作为一种免费的绿色清洁能源,在越来越多的场合中得以应用,如太阳能路灯、太阳能航海浮标以及诸如手机、GPS 导航仪、相机等移动设备的户外充电。一般采用光伏电池作为光电转换器件,并将电能存储在充电电池中供这些设备使用。光伏电池的内部构造决定其效率有限,目前商用单晶硅电池效率为13%~18%;加之其造价较高,因此从光伏电池中抽取最大功率减少其使用量,并实现蓄电设备的高效快速充电成为太阳能充电器的设计目标。采用最大峰值功率跟踪(MPPT)的方法可实现从光伏电池中抽取最大功率。

1 LT3652 介绍

对于单晶硅光伏电池,其最大功率点发生在每条V-I 曲线的拐点处。尽管不同光照强度下光伏电池的最大峰值功率点不同,但各个最大峰值功率点对应的输出电压基本保持不变,如图1 所示。此电压称为最大峰值功率电压,以VP(MAX)表示。为使光伏电池工作在最大功率输出点,充电器需将其输出电压保持在V P(MAX)附近。本设计采用凌力尔特公司生产的LT3652 作为充电管理芯片。该芯片采用一种特殊的输入电压调整环路,当使用太阳能电池板作为输入电源时,当光伏电池板输出电压降低到某一设定值,LT3652 就会自动降低充电电流,使光伏电池板保持在最大峰值功率输出点。

图1 单晶硅光伏电池输出特性曲线

1.1 LT3652 充电管理芯片功能介绍

LT3652 支持多种化学组分的电池,是一种中等功率的单片降压式充电管理芯片,采用平均电流模式降压式的拓扑结构。特殊的输入电压调节环路可以通过电阻分压器方便设定最低输入电压。

LT3652 可设置最大充电电流高达2 A,其内部恒定频率为1 MHz 的高频开关,可提高充电效率。芯片具有从4.95~32 V宽输入电压范围,其浮充电压V BAT(FLOAT)可由电阻分压器方便设置,最高可达14.4 V,满足绝大多数充电电池的充电需求。

精密的门限关断引脚

支持欠压锁定功能。两个OC 门引脚

,灌电流高达10 mA,可驱动LED 以标识充电器的充电或故障状态。该芯片还具有电池温度监视、坏电池检测以及自动充电功能。

在电池充电期间, 当芯片检测到电池电压低于0.7 倍的V BAT(FLOAT)时,充电器自动进入预置充电模式。此模式下,充电器为电池涓流充电, 充电电流为最大充电电流I CHRG(MAX)的15%.当电池电压升至V BAT(FLOAT)的70%以上时,充电电流自动增大至I CHRG(MAX)。

LT3652 提供两种充电终止模式供选择:C/10 模式和TIMER 模式。C/10 表示实际充电电流为最大充电电流的十分之一。在此模式下,当充电电流低于I CHRG(MAX)的十分之一(C/10)时,充电器则停止充电。使用TIMER 模式,充电器则可以以低于C/10 的电流为电池充电。当一个充电周期tEOC结束时,若电池充满,则充电器停止充电,否则将重启新的充电周期,直至电池充满。电池充满的标识为电池电压达到V BAT(FLOAT)的97.5%以上。在TIMER 模式下,充电器支持坏电池检测功能。当充电器停留在预置模式的时间超过tEOC的1/8 时,

引脚电平被拉低。

充电结束后,LT3652 进入低电流待机模式, 在待机模式下,芯片仍可管理电池电压,当电池电压下降到V BAT(FLOAT)的97.5%以下时,将自动为电池充电。

1.2 输入电压调节环路

LT3652 的输入电压调节环路通过电阻分压器可方便设定最低输入电压, 并能根据输入电压的大小自动调整充电电流,实现对太阳能电池板的最大峰值功率跟踪。输入电压调节环路对输入电压的有特定的调节范围:V REG(MIN)~V REG(MAX)。调节范围由VIN和V IN_REG之间的电阻分压器设置,如图2(a)所示。

图2 设置各门限电压的电阻分压器

引脚内置的基准电压范围为2.67~2.74 V,因此对应输入电压的调节范围为:

如图3 所示,V IN_REG对R SENSE上的压降(V SENSE-V BAT)具有控制作用,将图中V IN_REG控制曲线拟合得:

图3 V IN_REG对(V SENSE-V BAT)的控制曲线

当V IN_REG引脚电压在2.67~2.74 V 区间时,光伏电池板输出电压在相应的调节范围内。对于光伏电池板,光照强度的下降或充电电流需求增大,会造成其输出电压的下降,使之偏离最大功率输出点。当光伏电池板输出电压下降至调节范围内某一值VREG时,(V SENSE-V BAT)也将下降。而(V SENSE-V BAT)控制充电电流的大小,因此充电电流将减小。因此光伏电池板输出电压将沿伏安特性曲线上升, 直至达到新的峰值功率输出工作点。也即在调节范围内,LT3652 通过控制充电电流使光伏电池板保持峰值功率输出。

当光照很强,光伏电池板输出功率高于充电电路所需时,V IN_REG引脚电压将大于2.74 V,(V SENSE-V BAT) 上升到最大值100 mV 并保持不变。光伏电池板的输出电压将超出输入电压调节环路的调节范围。此时充电器进入恒流充电模式,充电电流为最大值I CHRG(MAX) 。

当光照强度不足以提供充电所需功率,V IN_REG引脚电压低于2.67 V 时,充电器将停止充电。

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