簡介

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時代，更多的連接性意味著更多的戶外設(shè)備由電池供電并持續(xù)通信。而且，越來越多的戶外設(shè)備現(xiàn)在通過太陽能板來供電。在帶有太陽能板的戶外設(shè)計中，充電器需要實現(xiàn)最大功率點追蹤（MPPT）功能。本文介紹了帶鋰離子電池的太陽能板充電器設(shè)計技巧，這種充電器適用于室外太陽能監(jiān)控攝像頭或室外照明設(shè)備（見圖1）等應(yīng)用。

系統(tǒng)綜述

本參考設(shè)計基于MPS的MP2731?IC并配合MC96F1206控制器（低成本8051 MCU）開發(fā)，適用于中小型太陽能充電解決方案。與傳統(tǒng)MPPT系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)集成了VIN連接開關(guān)、ADC和電壓/電流采樣電路，因而顯著降低了系統(tǒng)成本。系統(tǒng)設(shè)計采用擾動觀察（P＆O）最大功率點追蹤算法，可以實現(xiàn)98％或更高的追蹤精度。

圖2顯示了該參考設(shè)計的系統(tǒng)功能框圖。其主要模塊包括MP2731?、MC96F1206 MCU、電池和系統(tǒng)負載。

MP2731的功能特性包括：在9V輸入的5W系統(tǒng)中效率高達93％；MPPT精度達到98％；核心電路面積小至25mmx25mm；具有內(nèi)置強大充電保護功能（包括JEITA和可調(diào)安全定時器）的全集成電源開關(guān)；具有I2C 接口，用于靈活的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)報告（請參見圖3）。

圖3: MPPT控制系統(tǒng)PCB

系統(tǒng)設(shè)計

MPPT原理

太陽能板的輸出功率取決于幾個因素：輻照度、太陽能板的工作電壓和電流、負載。通常，系統(tǒng)都存在一個最大功率點，在這一點上太陽能板向系統(tǒng)輸出最佳功率（請參見圖4）。使用最大功率點追蹤技術(shù)（例如P＆O或增量電導(dǎo)法）可在變化的輻照條件下主動保持太陽能板在MPPT模式下運行。

在基于功率的P＆O MPPT算法中，PV面板的功率-電壓導(dǎo)數(shù)（dP / dV）被用作追蹤參數(shù)。通過公式（1）可以計算何時達到最大功率點：

硬件實現(xiàn)

DC / DC變換器通常被用來確保系統(tǒng)內(nèi)部的MPP優(yōu)化。高度集成的開關(guān)充電器（在此參考設(shè)計中為MPS的MP2731）連接在PV面板和電池負載之間。

當面板處于低輻照度時，反向阻斷FET Q1用于阻斷從電池負載到PV面板的路徑。IC的輸入電壓/電流和輸出電壓/電流通過一個8位ADC采樣。IC支持I2C通信，能夠?qū)?shù)字化的電流和電壓信息輕松傳遞給外部MCU。

軟件實現(xiàn)

P＆O MPPT算法通過ABOV半導(dǎo)體公司的20引腳8位MC96F1206 MCU實現(xiàn)。需激活MCU的I2C外設(shè)，以實現(xiàn)與MP2731之間的通信。

注意：在更新 IOFFSET, 之前，請關(guān)閉連接在MP2731 SYS引腳上的其他設(shè)備，以確保IOFFSET的正確校準。

圖6顯示了系統(tǒng)級軟件流程圖。當VIN降至欠壓保護閾值之下時，MCU進入睡眠模式；當VIN恢復(fù)時，將發(fā)送中斷（INT）信號以喚醒MCU。然后，MCU讀取MP2731寄存器，并啟動寄存器（見表1）。

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https://www.monolithicpower.cn/202302_10