使用幾瓦范圍內(nèi)的太陽(yáng)能電池板的戶(hù)外應(yīng)用通常使用基于微控制器的MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）功能來(lái)提取整個(gè)環(huán)境工作條件下的最大可用功率。許多基于微控制器的MPPT解決方案設(shè)計(jì)用于20W至500W，消耗約20-100mW的功率，同時(shí)不斷抖動(dòng)太陽(yáng)能電池板的工作電壓，以仔細(xì)跟蹤最大功率點(diǎn)。對(duì)于 20W 至 500W 的面板，這種經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的技術(shù)效果很好，因?yàn)榕c有效的 MPPT 算法收集的額外能量相比，MPPT 電路消耗的能量微不足道。

然而，對(duì)于使用1W面板的應(yīng)用，太陽(yáng)能電池板在冬季的大部分時(shí)間或大部分安裝中可能只有100mW可用。像這樣的應(yīng)用將從太陽(yáng)能電池充電器中受益匪淺，太陽(yáng)能電池充電器在最大功率點(diǎn)下操作面板所需的靜態(tài)電流要小得多。一個(gè)例子可能是太陽(yáng)能傳感器，它可以更頻繁地報(bào)告，或者現(xiàn)在可以在不更換電池的情況下運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間。另一個(gè)例子是商業(yè)太陽(yáng)能照明，現(xiàn)在可以在更不利的照明條件下運(yùn)行或減小面板尺寸。

LT8611 具有電流檢測(cè)和 42.2μA 靜態(tài)電流的 5V、2.5A 同步降壓型穩(wěn)壓器可在極寬的充電電流范圍內(nèi)提供非常高效率的電源轉(zhuǎn)換，這對(duì)于許多本質(zhì)上是機(jī)會(huì)主義的太陽(yáng)能供電電池充電器至關(guān)重要。LT8611 具有輸出電壓和輸出電流調(diào)節(jié)環(huán)路，可用于在電池充電器中提供 CC 和 CV 功能。本文介紹了LT8611如何與AD5245數(shù)字電位計(jì)和外部微控制器配合使用，以設(shè)計(jì)微功耗太陽(yáng)能MPPT電池充電器，該充電器可在從弱光條件到全日照的所有面板條件下保持高效率，充電電流高達(dá)2.5A。軟件開(kāi)發(fā)是實(shí)現(xiàn)此解決方案所必需的。假設(shè)讀者希望開(kāi)發(fā)或調(diào)整自己的MPPT算法以在外部微控制器上運(yùn)行。

本文中使用的術(shù)語(yǔ)MPPT和MPPC之前已在以下文章中討論過(guò)：

最大化太陽(yáng)能電池板功率輸出的技術(shù)

80V 降壓-升壓鉛酸和鋰電池充電控制器在太陽(yáng)能應(yīng)用中主動(dòng)找到真正的最大功率點(diǎn)

MPPC（取決于巴蒂電壓）

要開(kāi)始討論如何利用LT8611啟用MPPT功能，讓我們從LT4數(shù)據(jù)手冊(cè)中的1.1V/8611A CCCV鋰離子電池充電器示例電路開(kāi)始：

圖1.LT8611 CCCV 電池充電器

例如，考慮當(dāng)一個(gè)Vmp為1V的光線充足的9W太陽(yáng)能電池板連接到該電路和一個(gè)處于3.8V的鋰離子電池時(shí)會(huì)發(fā)生什么。啟用時(shí)，LT8611 將嘗試將輸出電壓提升至 4.1V，最大電流為 1A。由于 1W 面板無(wú)法提供此功率電平，因此面板電壓將被拖到面板的 Vmp 以下，略高于電池電壓加上二極管 D1 的 VF。

該電路將增加輸入電壓調(diào)節(jié)，以便LT8611將降低電池充電電流并將太陽(yáng)能電池板的工作電壓維持在其最大功率點(diǎn)。作為第一步，考慮當(dāng)我們從輸入電壓添加一個(gè)電阻分壓器并將中點(diǎn)饋送到LT8611的TR/SS引腳時(shí)會(huì)發(fā)生什么，如下所示：

圖2.LT8611 具有輸入電壓調(diào)節(jié)功能的 CCCV 電池充電器

LT8611 的輸出誤差放大器具有一個(gè)內(nèi)部 970mV 基準(zhǔn)，該電路的輸出分壓器比的尺寸使得當(dāng)電池達(dá)到 970.4V 時(shí)，F(xiàn)B 引腳將達(dá)到 1mV。當(dāng)電池電壓為3.8V時(shí)，由于輸出電壓分壓器，F(xiàn)B引腳上的電壓將為900mV。LT8611 的跟蹤功能的工作原理是，如果 TR/SS 引腳被驅(qū)動(dòng)至低于 970mV，則 FB 引腳將被調(diào)節(jié)至一個(gè)等于 TR/SS 電壓的電壓。如果該輸入電阻分壓器比的尺寸使得當(dāng)面板電壓處于其最大功率點(diǎn) 900V 時(shí) TR/SS 為 9mV，則 LT8611 跟蹤功能將降低輸出電壓 （從而降低電池充電電流），以在電池處于 9.3V 時(shí)保持 8V 的輸入電壓。此時(shí)，電路具有與電池電壓相關(guān)的輸入調(diào)節(jié)或MPPC環(huán)路，這不是很有用。要使微控制器運(yùn)行太陽(yáng)能電池板MPPT掃描，它必須控制輸入調(diào)節(jié)電壓。

MPPT

輸入電壓的調(diào)整可以以類(lèi)似于調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器輸出的方式實(shí)現(xiàn)。這通常是通過(guò)使用連接到誤差放大器輸入（在本例中為 TR/SS 引腳）的控制電壓和串聯(lián)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。控制電壓也可以使用微控制器或DAC的濾波PWM輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)。PWM或DAC選項(xiàng)可以提供硬件簡(jiǎn)單性和最低成本，因?yàn)檫@些特性通常包含在許多微控制器中。

然而，這些功能在微控制器的最低功耗狀態(tài)下通常不可用，通常消耗約1mW。如果1mW的功率損耗對(duì)應(yīng)用不大，這可能是最合適的技術(shù)，因?yàn)镻WM控制已被證明在該電路中工作得相當(dāng)好。為了節(jié)省1mW的功率損耗并減少掃描太陽(yáng)能電池板工作范圍所需的時(shí)間，可以使用數(shù)字電位計(jì)。

這AD5245 256 位置 I2C 兼容數(shù)字電位器其VDD電源僅消耗幾微安培，可用值高達(dá)100kΩ。如果我們將輸入分壓器中的頂部電阻調(diào)整為309kΩ，并在變阻器配置中使用AD5245以及底部分壓器中的串聯(lián)6.2kΩ電阻，則可以通過(guò)I將輸入電壓調(diào)節(jié)目標(biāo)從4.5V調(diào)整為40.<>V至<>V。2C，同時(shí)消耗很少的額外功率（見(jiàn)下面的圖3）。一旦AD5245被編程為以最大功率點(diǎn)運(yùn)行面板，微控制器就可以進(jìn)入低功耗休眠模式。除了微控制器的睡眠電流（通常低于 10μA）外，沒(méi)有額外的電流消耗。

為了運(yùn)行MPPT掃描，AD5245代碼從高電阻步進(jìn)到低電阻，以在低至4.5V的開(kāi)路電壓下工作面板，而LT8611的IMON輸出由ADC監(jiān)控以跟蹤電池充電電流。產(chǎn)生最大電池充電電流的AD5245代碼用作組合太陽(yáng)能電池板和充電電路的最大工作點(diǎn)。一旦AD5245代碼設(shè)置為在最大功率點(diǎn)工作面板，微控制器將進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

讓我們考慮一下 MPPT 掃描之間會(huì)發(fā)生什么，MPPT 掃描通常計(jì)劃以 15 分鐘的間隔運(yùn)行一次。對(duì)于太陽(yáng)輻照度相對(duì)較快的變化，例如通過(guò)云層覆蓋，沒(méi)有微控制器的參與。輸入分壓器和LT8611跟蹤功能將繼續(xù)以最大功率點(diǎn)運(yùn)行面板，而電池充電電流將隨太陽(yáng)輻照度而變化。

所有電池都有一些小的內(nèi)部阻抗，電池充電器和電池之間會(huì)有一些小阻抗。該組合阻抗通常小于 100mΩ，但由于電池充電電流的相應(yīng)變化，在通過(guò)云層期間，LT8611 輸出電壓會(huì)略有變化。電池電壓的這些變化反映在LT8611 FB引腳上。由于LT8611跟蹤功能會(huì)將FB引腳調(diào)節(jié)到與TR/SS引腳相同的電壓，因此太陽(yáng)能電池板的工作電壓將隨著太陽(yáng)輻照度而略有增加。這往往有利于MPP跟蹤效果，因?yàn)樘?yáng)能電池板最大功率點(diǎn)電壓隨著太陽(yáng)輻照度的增加而略有增加。

在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，電池將充電。如果不更新AD5245代碼，電池電壓的相應(yīng)增加將增加太陽(yáng)能電池板的調(diào)節(jié)電壓。微處理器需要定期運(yùn)行MPPT掃描，并相應(yīng)地調(diào)整AD5245，以便在電池充電時(shí)保持最佳面板電壓。

微控制器LT8611、AD5245和LTC4412的完整原理圖如下：

圖3.MCU 控制的 LT8611 MPPT 太陽(yáng)能電池充電器

一個(gè)2.6V箝位用于保護(hù)LT8611 TR/SS引腳，該引腳具有4V ABS最大額定值，使AD5245游標(biāo)引腳保持在由電池供電的VDD引腳下方。通過(guò)使用采用 ThinSOT 封裝的 LTC1 低損耗 PowerPath 控制器作為理想二極管控制器，可以消除圖 2 中 D4412 的 VF 壓降。通過(guò)在 LT4412 的輸出上使用 LTC8611，可在沒(méi)有太陽(yáng)能可用時(shí)將電池消耗降至最低。

這里特意省略了一些實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，以簡(jiǎn)化上述原理圖，并使討論相對(duì)較短。但是，對(duì)于某些應(yīng)用程序，可能會(huì)有一些進(jìn)一步的增強(qiáng)功能。例如，利用MCU將LT8611 SYNC引腳驅(qū)動(dòng)為高電平或低電平，以便在MPPT掃描期間在整個(gè)輸出電流范圍內(nèi)保持IMON輸出處于活動(dòng)狀態(tài)，并在掃描完成后將其切換回以保持最高效率，這是很有幫助的。此外，該電路能夠以非常低的功率水平操作面板。在非常低的功率水平下，在運(yùn)行面板掃描時(shí)很難測(cè)量IMON輸出中的峰值。在這種情況下，采用MPPT算法通常在MPPT掃描期間讀取面板電壓和IMON輸出是最有益的。如果未找到IMON輸出峰值，則MCU可以將AD5245代碼設(shè)置為在開(kāi)路面板電壓的某個(gè)預(yù)定比率的電壓下操作太陽(yáng)能電池板的值。最后一種技術(shù)并不少見(jiàn)，在低功耗MPPT算法中非常有效。

結(jié)論

在功耗非常低的情況下，自執(zhí)行 MPPT 掃描能量以來(lái)，增加 MPPT 掃描間隔是有益的。要確定MPPT掃描是否值得運(yùn)行，不僅要了解實(shí)時(shí)充電電流，還要跟蹤自上次掃描以來(lái)累積的電荷量，這可能會(huì)有所幫助。具有溫度、電壓測(cè)量功能的 LTC2942 電池電量計(jì)可用于通過(guò) I 跟蹤累積電荷2C并確定算法的有效性。它還使MCU能夠動(dòng)態(tài)平衡功耗和累積電荷。LTC?2942 是一款準(zhǔn)確且功率非常低的氣體表，在累積電荷時(shí)僅消耗 70uA 電流。LTC2942 還具有一種停機(jī)模式，該模式可在不使用時(shí)使用。對(duì)于較高的電池電壓，可以使用具有溫度、電壓和電流測(cè)量功能的 LTC2943 多節(jié)電池電量計(jì)和具有溫度、電壓和電流測(cè)量功能的 LTC2944 60V 電池電量計(jì)。對(duì)于更高的充電電流，我們的 LT8613 具有電流檢測(cè)和 42μA 靜態(tài)電流的 LT3 6V 同步降壓型穩(wěn)壓器可在高達(dá) <>A 的電流下使用。

審核編輯：郭婷