MP2731光伏充電解決方案

概述

2022年的北京冬奧會期間，所有奧運場館都采用了綠色電力（Green electricity）以推動碳中和目標的實現(xiàn)。綠色電力主要來自太陽能光伏和風力發(fā)電。充分利用可再生光伏能源是達成2030年溫室氣體污染目標的有效途徑。

光伏系統(tǒng)充電

光伏電池適用于許多細分應(yīng)用，包括常見的戶外攝像頭、戶外照明和電動自行車。這些應(yīng)用均需要一塊備用電池和小型光伏面板。光伏面板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，同時為系統(tǒng)供電并為備用電池充電。在光線不足的情況下（或夜間），備用電池將釋放儲存能量為系統(tǒng)供電，從而確保系統(tǒng)的不間斷運行。

光伏面板的輸出電流(IOUT)與電壓（即其輸出功率）隨光照強度和面板的溫度而變化。光照增強，IOUT和電壓增加；面板溫度升高，IOUT和電壓降低。

為了從光伏面板中獲取最大功率，備用電池被用來存儲最大能量并為系統(tǒng)供電。在光照不足的情況下，光伏充電系統(tǒng)對于系統(tǒng)電源和備用電池之間的無縫切換至關(guān)重要。

圖 1 顯示了光伏面板的 I-IV 和 P-V 曲線。

圖 1：光伏面板的 I-V 和 P-V 曲線

采用MP2731 實現(xiàn)電池充電解決方案

MP2731 是一款集成了電壓與電流采樣功能的電池充電管理設(shè)備。采用該器件實現(xiàn)的光伏充電方案實現(xiàn)了核心電源管理，直接解決了光伏應(yīng)用的根本問題。

MP2731 集成了充電和放電電源架構(gòu)、電壓和電流采樣以及環(huán)路控制，從而簡化了整個光伏充電方案。MP2731 還具有其他特性，包括：

高度集成

3.7V 至 16V 的寬輸入電壓(VIN)范圍

用于監(jiān)測VIN、電流和各種充電參數(shù)的集成模數(shù)變換器 (ADC)

可配置充電參數(shù)

VIN和電流監(jiān)控

窄電壓直流 (NVDC) 架構(gòu)

在小型光伏應(yīng)用中，面板的輸出電壓(VOUT)通常在 5V 到 12V 之間，最大功率在 5W 到 7W 之間。MP2731 的寬 VIN范圍覆蓋了應(yīng)用中光伏面板的輸出范圍。

圖 2 所示為 MP2731 的功能框圖。

圖2: MP2731 功能框圖

監(jiān)測光伏電池的最大功率

根據(jù) P-V 特性曲線可以知道，光伏面板的輸出功率可以通過改變其 VOUT 來調(diào)整（見圖 3）。

圖 3：獲取最大輸出功率

輸出功率以及功率變化的方向可以隨電壓的變化得以跟蹤，由此也可以確定光伏面板的最大功率水平。

MP2731 集成了一個可配置的 VIN 環(huán)路，并通過調(diào)節(jié)VIN來跟蹤光伏面板的VOUT。該器件還集成了一個 ADC 來監(jiān)測 VIN 和電流，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以存儲在寄存器中的數(shù)字信息。微控制器 (MCU) 可以讀取 ADC 結(jié)果并計算出光伏面板的輸出功率，并通過動態(tài)調(diào)整 VIN 環(huán)路配置來記錄輸出功率。

此外，MP2731 還采用了NVDC 架構(gòu)。當光照充足時，系統(tǒng)供電優(yōu)先。在這種情況下，MP2731 同時為系統(tǒng)負載供電并為備用電池充電。當光照不足時，MP2731 會自動降低充電電流，以降低系統(tǒng)功耗。

圖 4 顯示了光伏電池如何為系統(tǒng)供電并同時為電池充電。

圖 4：MP2731 光伏充電方案

MP2731 光伏充電方案能夠高效追蹤光伏面板的最大輸出功率，測得的追蹤精度可高達96.8%（見圖5）。

圖 5：P-V 曲線的追蹤結(jié)果

在沒有光照的情況下，光伏面板也沒有 VOUT輸出；此時MP2731 將自動切換至電池供電，從而確保系統(tǒng)的平穩(wěn)運行（見圖 6）。

圖 6：備用電池為系統(tǒng)供電

結(jié)論

MPS 提供的多種解決方案可以在各種光照條件下保持系統(tǒng)不間斷的運行，助力推進綠色電力和其他可再生能源計劃。本文介紹的MP2731 光伏充電解決方案能夠克服常見的應(yīng)用限制，另請參考MPS 的其他 電池管理解決方案，這些方案具備快速充電、精確、安全和易于定制的特點。

審核編輯：湯梓紅