本文摘要:一般来说,太阳能电池是由p-n结构制成的,入射光能(光子)通过p-n结中电子和空穴的复合产生电流。

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一般来说,太阳能电池是由p-n结构制成的,入射光能(光子)通过p-n结中电子和空穴的复合产生电流。由于pn结的特性与二极管相似,我们一般把图1右图所示的电路作为太阳能电池特性的修正模型。图1中太阳能电池的修正电路模型,电流源IPH,不产生与太阳能电池上的光测量成比例的电流。没有阻抗连接,产生的电流全部流过二极管D1,其反向电压需要太阳能电池的开路电压(VOC)。

电压将根据不同类型太阳能电池的特性而变化。然而,对于大多数硅电池来说,这个电压在0.5到0.6 V之间(这也是p-n结二极管的标准反向电压)。

在太阳能电池的实际应用中,并联电阻RP的漏电流很小。随着阻抗电流的减小,IPH产生的电流大部分流出二极管,变成阻抗。对于大多数阻抗电流,该过程对输入电压的影响很小。

因为二极管的I-V特性不会发生严重变化,而且因为串联电阻RS(有连接损耗),电压不会稍微上升,但输入电压会保持基本恒定。然而,有时流经D1的电流太小,导致二极管偏置过大,二极管两端的电压不会随着阻抗电流的减小而急剧下降。最后,如果所有产生的电流只流过阻抗(而不是二极管),输入电压不会变为零。

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这种电流被称为太阳能电池的短路电流(ISC)。ISC和挥发性有机化合物都是决定太阳能电池工作性能的主要参数之一(见图2)。图2太阳能电池典型的I-V特性在大多数应用中,人们希望太阳能电池能够获得尽可能多的功率。

由于输出功率是输入电压和电流的乘积,所以需要确认电池工作区域的哪一部分产生仅次于的功率值,称为仅次于功率点(MPP)。当输入电压为其第二唯一值(VOC)时,输入电流为零,这是一种极端情况。当输入电流超过最大值(ISC),但输入电压为零时,则是另一种极端情况。两种情况下VI的乘积都为零,所以识别不是MMP点。

我们可以很容易证明(或者通过实验仔细观察)在任何应用中,MPP一般不会出现在太阳能电池输出特性的下半部分的某个位置(见图3)。但问题是由于入射光和环境温度的不同,太阳能电池MPP的清晰取向会发生变化。因此,设计目的是动态调整太阳能电池的输入电流,使其超过太阳能功率分解系统的最大化,使其在实际应用中需要工作在MPP点或其邻近点。图3太阳能电池的输出特性实现这种方案的方法很多(仅次于功率点跟踪器),但都非常复杂,特别是在卫星等任务关键型系统中。

然而,在许多小规模应用中,不需要极其精确的MPP跟踪方案,只需要非常简单和低成本的解决方案,可以利用大约90% ~ 95%的可用功率。ti线性电池控制器bqTINY-III系列的动态电源路径管理(DPPM)功能可以作为修改MPP跟踪器等实现。

图4 4bqTINY-III直线充电器DPPM工作原理。DPPM函数的主要原理如图4的右图所示。继续忽略USB输出,电路的工作原理如下:Q1调节OUT槽的电压,Q2按照典型的CC-CV锂离子电池曲线调节充电电流。

如果连接到交流插槽的电源电流严重不足以给系统和电池供电,VOUT开始上升。如果VOUT超过预测阈值VDPPM,bqTINY-III不会自动将充电电流降低到可以将VOUT保持在VDPPM的水平。图5太阳能电池板展开用电池。

这个特性可以用作图5的右图。其中,太阳能电池板被用作单节锂离子电池。太阳能电池板由几个电池串组成,每个电池串还包括11个串联的硅电池。

其功能类似于电流允许电压源,电流允许值由太阳能电池板的大小和其上的日照量来确定。从太阳能电池板获得的VOC(仅次于输入电压)一般在5.5到6V之间。由于这个电压高于bq24030预测的6V输入调节电压,Q1几乎被硬接通。RSET在1A旁边定义了一个充电电流。

如果达到太阳能电池的输入电流(不同的光照水平),太阳能电池板的输入电压不会上升,从而降低bq24030OUT槽的电压。RDPPM对bq24030进行编程,自动将ICHG降低到允许VOUT保持在4.5V的水平.之所以使用VDPPM的值,是因为它符合太阳能电池板的第二唯一功率点(MPP)。

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假设Q1两端的电压再下降300毫伏,每个电池的电压不会变成436毫伏,因此太阳能电池板的功率输入不会最大化。如果VOUT低于4.5V,DPPM不会失效,太阳能电池板的工作状态不会偏离MPP。但这种情况只有在所需电能超过太阳能电池板所能获得的电能时才会再次发生,效率的降低影响会太大。如图3右图所示,当输出功率接近MPP时,输出功率曲线显得非常稳定,然后突然急剧下降。

因此,将vdppm设置得稍低比将VDPPM设置得稍低要好。这样可以将不合理的工作点对输出功率的影响降到最低。

如果太阳能电池板获得的能量足够为系统供电,即使电池充电电流已经降到零,Q2也不会接通,VOUT会上升到刚好高于电池电压VBAT,电池可以获得太阳能电池板得不到的任何电流。BqTINY-III还允许通过USB端口进行电池扩展。这种情况下,根据IC的ISET2插槽状态,Q3将不会用于调整输出电流,以保证USB规格能够满足100毫安或500毫安的抑制。如果系统和充电电流的总和达到所选USB的无穷大,VOUT不会上升,DPPM功能不会降低充电电流,或恢复到之前的电池补充模式。

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