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1 太阳能电池的伏安特性

太阳能电池一般由 PN 结组成,PN 结中的光能 (光子) 通过导致电子和空穴的重新组合而产生电流。由于 PN 结的特性类似于二极管的特性,我们一般以下图中所示的电路作为太阳能电池特性的一个简化模型:

Solar-panel-model.jpg

电流源 Iph 产生的电流和太阳能电池上的光量度成正比。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,其正向电压决定着太阳能电池的开路电压 (Voc)。该电压会因各种类型太阳能电池的特性不同而有所差异。但是,对于大多数硅电池而言,这一电压都在 0.5V 到 0.6V 之间,这也是 PN 结二极管的正常正向电压。


在实际太阳能电池应用中,并联电阻 Rp 的泄漏电流很小,而 Rs 则会产生连接损耗。下图展示了太阳能电池在输出上的特性。由于串联电阻 Rs 的原因,电压会稍有下降。然而,有时如果通过内部二极管的电流太小,会导致偏置不够,并且穿过它的电压会随着负载电流的增加而急剧下降。最后,如果所有电流都只流过负载而不流过二极管,输出电压就会变为零。这个电流被称为太阳能电池的短路电流 Isc。Isc 和 Voc 都是定义太阳能工作性能的主要参数之一。

Solar-panel-i-v.jpg

太阳能电池可认为是“电流限制”型电源,输出电压会随着输出电流的增加而降低,并在负载电流达到短路电流时降为零。 其极端情况为:

  • 当输出电压为其最大数值 (Voc) 时,输出电流为零
  • 当输出电流达到最大值 (Isc),但输出电压为零


曲线关系为:

Solar-panel-output.jpg

则输出功率也是动态变化的,其极值为最大功率点 (MPP)。

实验记录出输出曲线,就能求得最大矩形面积的点 MPP,一般都会在输出特性曲线的下半部分的某个位置,其确切位置会因入射光线和环境温度的不同而不同


太阳能电池的输出电流随光照强度的变化而变化,上下电流波动较大,一般不能直接给用电系统供电,需将能量先存储于电池中,然后通过电池为系统供电。



2 电池板选型



3 锂电池充电控制

Lithium Ion Battery Charger for Solar-Powered Systems:

CN3083-Typical-app-circuit.jpg


4 恒压充电控制

5V 输出,直冲手机、相机等电子设备



5 Voltage Regulator

5.1 LP3872

  • Input Voltage Range: 2.5 V to 7 V
  • Ultra Low-Dropout Voltage; typically 38 mV at 150mA load current and 380mV at 1.5A load current.
  • Load Regulation of 0.06%
  • 10nA Quiescent Current in Shutdown Mode
  • Ensured Output Current of 1.5A DC
  • Available in DDPAK/TO-263, TO-220, and SOT-223 Packages
  • Output Voltage Accuracy ±1.5%
  • Minimum Output Capacitor Requirements
  • Sense Option Improves Load Regulation
  • Overtemperature/Overcurrent Protection
  • −40°C to 125°C Junction Temperature Range



5.2 TPS63002

  • Input Voltage Range: 1.8 V to 5.5 V
  • Fixed and Adjustable Output Voltage Options from 1.2 V to 5.5 V
  • Up to 96% Efficiency
  • 1200-mA Output Current at 3.3 V in Step-Down Mode (VIN = 3.6 V to 5.5 V)
  • Up to 800-mA Output Current at 3.3 V in Boost Mode (VIN > 2.4 V)
  • Automatic Transition Between Step-Down and Boost Mode
  • Device Quiescent Current less than 50 μA
  • Power-Save Mode for Improved Efficiency at Low Output Power
  • Load Disconnect During Shutdown
  • Overtemperature Protection
  • Small 3mm × 3mm 10-Pin VSON Package (QFN)


TPS63001-APP-SCH.png


TPS63001-APP-Layout.png











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