标签: 太阳能锂电池

　　太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。 　　太阳能I-V特性 　　一般地说，太阳能电池由p-n结构成，其中的光能(光子)引起电子和空穴的重新组合，产生电流。因为p-n结的特性类似于二极管的特性，如图1所示的电路通常被用于简化太阳能电池的特性。 图1：简化的太阳能电池的电路模型 　　电流源IPH产生的电流正比于落在太阳能电池上的光量。在没有负载连接的时候，几乎所有产生的电流都流过二极管D，其正向电压决定太阳能电池的开路电压(VOC)。该电压的变化严格地取决于每一种类型的太阳能电池。但是，对于大多数硅电池，其0.5V到0.8V之间的电压范围恰好就是p-n结二极管的正向电压。 　　并联电阻(RP)代表实际太阳能电池中出现的微小泄漏电流，Rs代表连接损耗。随着负载电流增加，由太阳能电池所产生的大部分电流被分流到二极管并进入负载。对于大多负载电流的数值，这只对输出电压有很小的影响。 　　图2所示为太阳能电池的输出特性，由于二极管的I-V特性存在微小的变化，串联电阻(Rs)上的电压降也存在微小的变化，但是，输出电压保持很大的恒定。然而，在一些点通过内部二极管的电流是如此之小，以至于它变得偏置不够，并且，随着负载电流的增加，跨越它的电压快速减少。最后，如果所有产生的电流流过负载并且不流过二极管的话，输出电压就为零。该电流被称为太阳能电池的短路电流(ISC)，它与VOC一道是定义工作性能的主要参数之一。因此，太阳能电池被认为是“电流受限”的电源。当输出电流增加的时候，其输出电压降低，直到最终减少为零，如果负载电流达到其短路电流的话。 图2：典型的太阳能电池I-V特性 　　在大多数应用中，人们期望从太阳能电池获取尽可能多的功率。因为输出功率是输出电压和电流的乘积，有必要确定电池的哪一部分的工作区域产生的输出电压和电流的乘积的数值最大，这一点被称为最大功率点(MPP)。在一种极端情况下，输出电压为其最大数值(VOC)，但是，输出电流为零;在其它极端情况下，输出电流位其最大值(ISC)，但是，输出电压为零。在两种情况下，输出电压和电流的乘积都是零。因此，MPP必须位于两种极端情况之间的某处。 　　可以容易地证明：在任何应用中，MPP实际上出现在太阳能电池的输出特性(见图3)下半部的某个位置。实际上，问题在于太阳能电池的MPP的严格位置会根据光线和环境温度变化。因此，所设计的系统要产生最大的太阳能，就必须动态地调节太阳能电池输出的电流，以便它在实际工作条件下位于或接近MPP工作。 图3：太阳能电池输出特性 　　优化充电器设计以从太阳能板获得最大的功率。 　　跟踪太阳能板系统的MPP的途径有多种，这些常常相当复杂，特别是在诸如卫星通信这样的重要任务系统中。然而，在许多对成本敏感的应用中，极其精确的MPP跟踪方案却是不必要的。所有的要求就是以简单、低成本的解决方案储存大约90%的可用能量。充电控制系统如何使太阳能电池以接近MPP的方式工作呢? 　　动态功率路径管理(DPPM)技术可以满足跟踪MPP所面临的这种挑战。太阳能板被用做为单颗锂离子电池充电的电源。太阳能板由若干串在一起的电池组成，每一串具有11个串联的硅电池，其行为就像电流受到限制的电压源，其中，电流限度由太阳能板的大小以及照射在上面的光通量来确定。 　　DPPM监测因电流受限电源引起的系统总线电压(VOUT)降。连接到系统总线上的电容(CO)开始放电，一旦系统所需要的电流和电池充电器的电流大于太阳能板所提供的电流，就会造成系统的总线电压开始下降。当系统总线电压跌落到预设的DPPM阀值的时候，电池充电控制系统就把系统总线电压调节到DPMM阀值。 　　ZS6078是一款可使用太阳能板供电的PWM降压模式单节磷酸铁锂电池充电管理集成电路，独立对单节磷酸铁锂电池充电进行管理，具有封装外形小，外围元器件少和使用简单等优点。 　　ZS6078具有涓流，恒流和恒压充电模式，非常适合磷酸铁锂电池充电管理。在恒压充电模式，ZS6078将电池电压调制在3.625V;在恒流充电模式，充电电流通过一个外部电阻设置。当输入电源的电流输出能力降低时，内部电路能够自动跟踪太阳能板的最大功率点，用户不需要考虑最坏情况，可最大限度地利用太阳能板的输出功率，非常适合利用太阳能板供电的应用。 　　对于深度放电的电池，当电池电压低于恒压充电电压的66.5%(典型值)时，ZS6078用所设置的恒流充电电流的17.5%对电池进行涓流充电。在恒压充电阶段，充电电流逐渐减小，当充电电流降低到恒流充电电流的16%时，充电结束。在充电结束状态，如果电池电压下降到恒压充电电压的91.66%，自动开始新的充电周期。当输入电源掉电或者输入电压低于电池电压时，ZS6078自动进入睡眠模式。其它功能包括输入低电压锁存，电池端过压保护和充电状态指示等。 　　太阳能板所提供的电源被认为是“电流受限”的电压源。太阳能板对锂电池的最大充电功率的实现途径是：当系统和电池充电所需要的总电流超过太阳能板的输出电流能力时，要通过降低充电电流来调节MPP附近的系统总线电压。对于设计一个可能的太阳能板供电的系统来说，关键的元素就是系统功率和电池充电功率控制架构。 致尚微电子 微信公众号：cnzasem

　　太阳能是为便携式设备供电的有吸引力的能源。一段时间以来，它一直被广泛地用于诸如计算器和航天飞机这样的应用。现在，人们正考虑把太阳能用于包括手机充电器这样的范围更宽广的消费电子应用。 　　然而，太阳能电池板所提供的功率高度依赖于工作环境。这包括诸如光密度、时间和位置之类的因素。因此，电池通常被用作能量存储单元。当来自太阳能板的电能有余的时候，就可以对电池充电;当太阳能板提供的电能不足时，电池就可以为系统供电。我们如何设计锂离子电池充电器以便从太阳能电池中获取最多的功率并有效地对锂电池充电呢? 　　致尚微ZS6073是专门为利用太阳能板等输出电流能力有限的输入电压源对单节锂电池进行充电管理的芯片，芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。充电电流可以用外部电阻编程设定，最大持续充电电流可达600mA，不需要另加阻流二极管和电流检测电阻。 　　致尚微ZS6073内部集成有8位模拟-数字转换电路，能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流，用户不需要考虑最坏情况，可根据输入电压源的最大电流输出能力设置充电电流，最大限度地利用了输入电压源的电流输出能力，非常适合利用太阳能板等输出电流有限的电压源供电的锂电池充电应用。 　　致尚微ZS6073包含两个漏极开路输出的状态指示输出端，充电状态指示端"CHRG"和充电结束指示输出端"DONE"。芯片内部的功率管理电路在芯片的结温超过115℃时自动降低充电电流，这个功能可以使用户最大限度的利用芯片的功率处理能力，不用担心芯片过热而损坏芯片或者外部元器件。这样，用户在设计充电电流时，可以不用考虑最坏情况，而只是根据典型情况进行设计就可以了，因为在最坏情况下，ZS6073会自动减小充电电流。 典型应用电路(恒压充电电压4.2V) 　　当输入电压大于低电压检测阈值和电池端电压时，ZS6073开始对电池充电，"CHRG"管脚输出低电平，表示充电正在进行。如果电池电压Kelvin检测输入端(FB)的电压低于3V，充电器用小电流对电池进行预充电。 　　当电池电压Kelvin检测输入端(FB)的电压超过3V时，充电器采用恒流模式对电池充电，充电电流由ISET管脚和GND之间的电阻RISET确定。当电池电压Kelvin检测输入端(FB)的电压接近电池端调制电压时，充电电流逐渐减小，致尚微ZS6073进入恒压充电模式。当输入电压大于4.45V，并且充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期结束，"CHRG"端输出高阻态，"DONE"端输出低电平，表示充电周期结束，充电结束阈值是恒流充电电流的10%。如果要开始新的充电周期，只要将输入电压断电，然后再上电就可以了。当电池电压Kelvin检测输入端(FB)的电压降到再充电阈值以下时，自动开始新的充电周期。 　　芯片内部的高精度的电压基准源，误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压的误差在±1%以内，满足了电池的要求。当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时，充电器进入低功耗的睡眠模式，电池端消耗的电流小于3uA，从而增加了待机时间。上述充电过程如图所示： 充电过程示意图 致尚微电子 微信公众号：cnzasem  

　　人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳能的应用范围非常广，其中光电应用是很重要的一部分，即光—电转换，其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池、太阳能控制器。 　　太阳能控制器是由专用处理器CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成，主要特点有： 　　1、使用了单片机和专用软件，实现了智能控制; 　　2、利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点，消除了单纯的电压控制过放的不准确性，符合蓄电池固有的特性，即不同的放电率具有不同的终了电压。 　　3、具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制;以上保护均不损坏任何部件，不烧保险; 　　4、采用了串联式PWM充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非PWM高3%-6%，增加了用电时间;过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统有更长的使用寿命;同时具有高精度温度补偿; 　　5、直观的LED发光管指示当前蓄电池状态，让用户了解使用状况; 　　6、所有控制全部采用工业级芯片(仅对带I工业级控制器)，能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。同时使用了晶振定时控制，定时控制精确。 　　7、取消了电位器调整控制设定点，而利用了E方存储器记录各工作控制点，使设置数字化，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素; 　　8、使用了数字LED显示及设置，一键式操作即可完成所有设置，使用极其方便直观的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。 　　致尚微ZS6073是可以用太阳能板供电的单节锂电池充电管理芯片。该器件内部包括功率晶体管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管。内部的8位模拟-数字转换电路，能够根据输入电压源的电流输出能力自动调整充电电流，用户不需要考虑最坏情况，可最大限度地利用输入电压源的电流输出能力，非常适合利用太阳能板等电流输出能力有限的电压源供电的锂电池充电应用。 ZS6073典型应用电路（恒压充电电压4.2V） 　　致尚微ZS6073只需要极少的外围元器件，并且符合USB总线技术规范，非常适合于便携式应用的领域。热调制电路可以在器件的功耗比较大或者环境温度比较高的时候将芯片温度控制在安全范围内。内部固定的恒压充电电压为4.2V，也可以通过一个外部的电阻调节。充电电流通过一个外部电阻设置。当输入电压掉电时，ZS6073自动进入低功耗的睡眠模式，此时电池的电流消耗小于3微安。其它功能包括输入电压过低锁存，自动再充电，电池温度监控以及充电状态/充电结束状态指示等功能。 致尚微电子 微信公众号：cnzasem