太阳能电池充电器系统设计 - 太阳能电池板电池充电器DIY制作

　　太阳能电池充电器系统设计

　　用这些演示板忙活几天之后，我成功地完成了一个产生预期效果的设计，这设计将适合我们这次旅程。系统的方框图如图 3 所示，该图显示了一些 IC 和演示板功能。系统的照片如图 4 所示，显示了完整的太阳能电池板电池充电器单元。

　　图 3：系统设计方框图

　　图 4：最终的太阳能充电器电路

　　视太阳的位置不同而不同，太阳能电池板最初的输出电压在 0V 到 20V 之间变化，那么就用一个能接受这么宽输出范围的稳压器，并保持吸取低的电流 （每个电池板上的输入电流最大值都是 4A），同时调节一个固定的输出电压。这是在 DC1198A-B 演示板上用凌力尔特公司的微型模块 （μModule） DC/DC 降压-升压型开关稳压器 LTM4607 实现的。

　　LTM4607 是一个小型 LGA 封装 （15mm x 15mm x 2.8mm） 的芯片，其中包括一个复杂的降压-升压型 DC/DC 开关稳压器所需的所有支持控制组件。复杂的开关控制电路和 FET 内置到微型模块稳压器中，从而使该器件非常容易使用。结果是仅需一个微型模块稳压器、电感器以及几个电容器和电阻器就完成简洁规则的布局。4.5V 至 36V 的宽输入电压范围至固定 20V 输出 （范围为 0.8V 至 24V） 对于太阳能电池板的特性 （0 至 20V 输出） 正合适，而且该器件能加载高达 5A 的升压模式和 10A 的降压模式。在太阳能电池板峰值功率时，20V 输入至 20V/2.5A 输出的效率是 91%，而且积极利用了降压-升压型宽范围输入的好处。就这个系统设计的目的而言，输出调节到 20V，用这个输出给 LTC1435/LT1620 高效率、低压差电池充电器系统供电。

　　在 14V 稳定电压时，LTC1435/LT1620 演示板 （DC133A） 将充电电流控制到稳定的 4A.该演示板与 LT1620 数据表第一页上的应用电路类似，我将 FB 电阻器 （110k） 换成一个可变电位器，以实现输出电压调节，并将电池浮置电压设置到 14V.该演示板设计利用 LT1620 轨至轨电流检测放大器，结合 LTC1435 开关稳压器电路的高效率和低压差能力，形成了一个效率超过 95% 的电池充电器，从而在 4A 充电电流时仅需要 0.5V 输入至输出电压差。一个到地的编程电流设置电池充电电流 （4A），该电池充电电流一直是稳定的，直到电池电压达到预设的浮置电压 （在本文情况下为 14V） 为止。随着电池达到其满充电状态，电路的编程将自动转入涓流充电状态，并就电池的输出电压而言缓慢降低充电电流。这减轻了由于恒定过冲电给电池造成的压力。

　　一个理想二极管电路设计与 DC133A 充电系统的输出串联，利用 LTC4414 实现电路保护，并允许在充电电路以最小损耗运行的同时使用电池。这种自动电源通路 （PowerPath？） 控制使外部设备能够自由地用太阳能电池板或电池供电。当太阳能电池板功率不足时，电路自动转为从电池吸取功率。该电路设计与 LTC4414 数据表第九页上的图 2 类似。LTC4414 （8 引线 MSOP 封装） 控制一个外部 P 沟道 MOSFET，以产生接近理想的二极管功能，用于电源切换。这允许多个电源高效率进行“或” 操作；在本文情况下，电源是太阳能电池板和电池。当连接一个外部设备时，电池和充电系统接受负载状态。在无负载时，将对电池充电。因此该设计允许一起使用太阳能电池板和电池供电，同时运行电池充电过程。这一部分没有演示板可用，因此我按照定制电路板上的应用电路进行设计。

　　电流检测系统与电池串联，利用并联检测电阻器测量电池的输入充电电流和输出放电电流，而无需断开电路。图 3 的方框图仅说明了输入充电电流。LTC6103 （采用 8 引线 MSOP 封装，在 4V 至 60V 范围内工作） 是一个双路独立电流检测放大器，可通过外部检测电阻器监视电流。该器件以 mV 为单位测量和提供电池充电和放电电流的电流比率输出。在本文情况下，它帮助指示电池充和放了多少电量。这是一种以低功率损耗读取电流的方法，这对保持一个高能效系统至关重要。我略微调节了 LTC6103 （DC1116A） 演示板以实现这一点。引脚 8 和 7 分别与进入电池的电流通路 +IN_A 和 -IN_A 串联。这将提供进入电池的充电电流。引脚 6 和 5 相互掉换后反着连接，以测量电池放电电流通路，+IN_B （引脚 5） 连接到 -IN_A （引脚 7），-IN_B （引脚 6） 连接到 +IN_A （引脚 8）。电阻器的值以 10 为倍数改变和调节，以便在 0.1Ω 并联检测电阻器与电路串联时，输出以 100mV/A 变化。图 5 中的万用表显示整个系统的结果。太阳能电池板输出电压是 17.11V，电池电压为 12.95V，充电电流是 3.58A.

　　图 5：万用表显示 17.11V 太阳能电池板输出，12.95V 电池充电电压；3.58A 电池充电电流