低光照高效率 Linear太陽能電池充電器電路圖

　　任何太陽能電池板的一個重要特性是其可在一個相對恒定的工作電壓 （VMP） 下實現(xiàn)峰值功率輸出，這與照明水平無關 （見圖 2）。LT3652 2A 電池充電器充分利用了這一特性，以通過實施輸入電壓調節(jié)來把太陽能電池板保持于峰值工作效率 （正待專利審議）。當可用的太陽能功率不足以滿足一個 LT3652 電池充電器的功率要求時，輸入電壓調節(jié)電路將減小電池充電電流。這將降低太陽能電池板上的負載以把太陽能電池板電壓維持在 VMP，從而最大限度地增加太陽能電池板的輸出功率。這種實現(xiàn)峰值太陽能電池板效率的方法被稱為最大功率點控制 （MPPC）。

　　Figure 1. 17V VMP solar panel to 3

　　Figure 2. A solar panel produces maximum power at a particular output voltage， VMP， which is relatively independent of illumination level. The LT3652 2A battery charger maximizes the output power of a solar panel by regulating the input panel voltage at VMP.

　　雖然 MPPC 可在低照度期間優(yōu)化太陽能電池板的效率，但當功率級別很低時電池充電器的電源轉換效率將變差，從而導致從太陽能電池板至電池的總功率傳輸效率下降。本文將說明怎樣通過運用一種簡單的 PWM 充電方法 （其在功率級別很低時強制電池充電器以突發(fā)脈沖的形式釋放能量） 來改善電池充電器效率。

　　采用電流監(jiān)視器狀態(tài)引腳來指示低功率條件

　　LT3652 上的 CHRG 電流監(jiān)視器狀態(tài)引腳負責指示電池充電電流的狀態(tài)，并在這里用于控制 PWM 功能。該引腳在充電器輸出電流大于 C/10 （即編程最大電流的 1/10） 時被拉至低電平，并在輸出電流低于 C/10 時呈高阻抗狀態(tài)。在低照度期間，輸入調節(jié)環(huán)路可把充電器的輸出電流減小至 C/10 以下，從而導致 CHRG 引腳變至高阻抗。該狀態(tài)引腳的“狀態(tài)變更”功能用于通過觸發(fā)一個輸入欠壓閉鎖 （UVLO） 電路 （其下降門限位于一個高于輸入調節(jié)電壓 VIN（REG） 的太陽能電池板電壓） 來停用 IC。作為針對充電器停用的響應，太陽能電池板電壓將在 UVLO 遲滯范圍內爬升，直至達到 UVLO 上升門限為止，此時以滿功率重新使能充電器。充電器隨后將提供充電電流，直到輸入電壓調節(jié)環(huán)路再次停用充電器為止。該循環(huán)不斷地重復，從而產生一個由一系列高電流突發(fā)脈沖組成的充電器輸出，這可在任何照明水平下最大限度地提高充電器的效率以及整個太陽能充電器系統(tǒng)的效率。

　　高效率鋰離子電池充電器

　　圖 1 示出了一款具低功率 PWM 功能的太陽能電池板至 3 節(jié)鋰離子電池充電器。該充電器使用了一個 17V 輸入調節(jié)電壓 （針對“12V 系統(tǒng)”太陽能電池板的一種常用 VMP），其采用VIN_REG引腳上的電阻分壓器 R4 和 R5 來設置。把一個典型 12V 系統(tǒng)太陽能電池板的工作電壓保持在其 17V 額定 VMP 電壓可產生接近 100% 的太陽能電池板效率，如圖 3 所示。低功率 PWM 功能采用 M1、R6、R7 和 R8 來實現(xiàn)。

Figure 3. Typical “12V system” （VMP = 17V） solar panel efficiency

　　如圖 4 所示，增設 PWM 電路可顯著提高電池充電電流低于 200mA 時的效率。LT3652 的 CHRG 引腳在所需充電電流超過 2A 編程最大充電電流的 1/10 （即 200mA） 時被拉至低電平。當充電電流被輸入調節(jié)環(huán)路減小至 200mA 水平以下時，CHRG 引腳變至高阻抗，這允許將 M1的柵極上拉至 VBAT，從而使能 FET M1。該 FET 把 R7 拉至地，從而啟用了一種輸入電壓 UVLO 功能 （其采用了 SHDN 引腳以及由 R6 和 R7 構成的電阻分壓器）。UVLO 功能采用該分壓器進行設置，以擁有一個 18V 的下降門限和一個 20V 的上升門限。下降門限是一個關鍵性的設計參數(shù)值，而且必須被設置為一個高于輸入調節(jié)電壓、并且比上升門限低 10% 的電壓 （這是 LT3652 停機門限遲滯決定的）。在低照度條件下，當可用的太陽能電池板功率不足以讓 LT3652 提供所需的充電電流時，LT3652 的輸入電壓調節(jié)環(huán)路將減小輸出充電電流，直到充電器輸入功率與太陽能電池板提供的可用功率相等為止。當輸入調節(jié)環(huán)路運行時，VIN 上的太陽能電池板電壓被保持在 17V 的編程峰值電源電壓，從而最大限度地增加了太陽能電池板所產生的功率。如果太陽能電池板照度變得足夠低，以至于可用的太陽能電池板功率對應于200mA 以下的充電電流，則 CHRG 引腳將變至高阻抗且 UVLO 功能通過 M1、R6 和 R7 來使能。

Figure 4. Efficiency for the circuit in Figure 2

　　由于 VIN 處于 17V （這低于 UVLO 下降門限），因此 LT3652 停機，從而停用所有的電池充電功能電路。當電池充電器停用時，幾乎所有的太陽能電池板輸出電流都在給輸入電容器 （C1） 充電，這使得 VIN 上的電壓增加，直至達到 20V 的 UVLO 上升門限為止，從而重新使能 LT3652。由于電池充電器在 VIN 遠遠高于 17V 輸入調節(jié)門限的情況下重新使能，所以全部的充電電流均流入電池。作為針對高電池充電電流水平的響應， CHRG 狀態(tài)引腳被拉至低電平，這將停用 UVLO 功能。只要電池充電器所需的功率低于可從太陽能電池板獲得的功率，太陽能電池板電壓將驟降，直到 VIN 降低至 17V 為止，此時利用輸入調節(jié)環(huán)路來減小電池充電電流以維持該電壓。當充電電流再次減小至 200mA 時， CHRG 引腳變至高阻抗，UVLO 電路被重新啟用，停用/使能循環(huán)重復進行，從而產生一串充電電流“突發(fā)脈沖”，其取平均至與可從太陽能電池板獲得之功率相對應的電池充電電流。

　　圖 5 示出了圖 2 中電路的 PWM 操作。當 LT3652 停用時，VIN 上的電壓從 17V 的輸入調節(jié)門限斜坡上升至 20V 的停機門限。LT3652 CHRG 引腳上的電壓在充電器使能時為低電平，而在充電器停用時則為高電平。當充電器停用時，太陽能電池板的能量被存儲在輸入電容器中，因此從太陽能電池板提供的輸出功率保持連續(xù)。太陽能電池板的效率對應于PWM 操作期間太陽能電池板上的平均電壓 （其大約為 18.5V）。

Figure 5. Waveform of VIN during PWM for the circuit in Figure 2