最初，TI的線性充電穩(wěn)壓器bqTINY-III系列只是設(shè)計用于通過一個AC適配器或USB端口為單體鋰離子電池充電，然而，這些IC也非常適用于由太陽能板供電的應(yīng)用。太陽能電池通常是由p-n結(jié)組成的，p-n結(jié)中入射光線能量（光子）通過導(dǎo)致電子和空穴的重新組合來產(chǎn)生電流。由于p-n結(jié)的特性類似于二極管的特性，因此我們通常以如圖1中所示的電路作為太陽能電池特性的一個簡化模型。
電流源IPH會產(chǎn)生一個和太陽能電池上的光量度成正比的電流。在沒有負(fù)載連接的情況下，幾乎所有產(chǎn)生的電流均流經(jīng)二極管D1，其正向電壓決定了太陽能電池的開路電壓（VOC）。該電壓會因不同類型太陽能電池的特性不同而有所差異，但是，對于大多數(shù)硅電池而言，這一電壓都在0.5V～0.6V之間（這也是p-n結(jié)二極管的標(biāo)準(zhǔn)正向電壓）。在實際太陽能電池應(yīng)用中，并聯(lián)電阻RP的漏電流很小。隨著負(fù)載電流的增加，IPH產(chǎn)生的大部分電流從二極管中流出來并進入負(fù)載。對于大多數(shù)負(fù)載電流而言，這個過程對于輸出電壓僅有很小的影響。由于二極管的I-V特性會有輕微的變化，并且由于串聯(lián)電阻RS的原因（其具有連接損耗）電壓會稍有下降，但輸出電壓卻保持大體恒定。然而，有時流經(jīng)D1的電流太小，從而導(dǎo)致二極管偏置不夠，并且二極管兩端的電壓會隨著負(fù)載電流的增加而急劇下降。最后，如果所有產(chǎn)生的電流均只流經(jīng)負(fù)載（而不流經(jīng)二極管），則輸出電壓就會變?yōu)榱�。這個電流被稱為太陽能電池的短路電流（ISC）。ISC和VOC都是定義太陽能電池工作性能的主要參數(shù)之一。
在大多數(shù)應(yīng)用中，人們都期望太陽能電池能提供盡可能多的電能。由于輸出功率是輸出電壓和電流的乘積，因此就必須確定電池工作區(qū)域中的哪一部分所產(chǎn)生的VI值最大。這一點被稱為最大功率點（MPP）。當(dāng)輸出電壓為其最大數(shù)值（VOC）時，輸出電流為零，這是一個極端情況；而當(dāng)輸出電流達到最大值（ISC），但輸出電壓為零時，則是另一種極端情況。在這兩種情況下VI的乘積均為零，因此，這兩種極端情況肯定都不是MMP點。我們可以很容易證明（或通過實驗進行觀察），在任何應(yīng)用中，MPP一般會出現(xiàn)在太陽能電池輸出特性（請參見圖3）下半部分的某個位置。但問題是太陽能電池MPP的確切位置會因入射光線和環(huán)境溫度不同而變化。所以，設(shè)計旨在動態(tài)地調(diào)節(jié)太陽能電池的輸出電流，以達到太陽能電量生成系統(tǒng)的最大化，以便在實際應(yīng)用中其能夠在MPP點或者其臨近點工作。
實施這一方案（最大功率點跟蹤器）的方法有很多，但都非常復(fù)雜，尤其是在衛(wèi)星等任務(wù)關(guān)鍵型系統(tǒng)中。然而，在很多小型應(yīng)用中，并不需要極其精確的MPP跟蹤方案，只需要一個能利用率約90%-95%可用電能的簡單低成本解決方案即可。TI線性充電控制器bqTINY-III系列的動態(tài)電源路徑管理（DPPM）功能就可用于諸如簡化MPP跟蹤器的實施。DPPM功能的主要原理如圖4所示。暫時忽略USB輸入，電路的工作原理如下：Q1對OUT引腳的電壓進行調(diào)節(jié)，Q2根據(jù)一個典型的CC-CV鋰離子充電曲線對充電電流進行調(diào)節(jié)。如果連接至AC引腳的電源電流不足而無法為系統(tǒng)供電并為電池充電，則VOUT開始下降。如果VOUT達到了預(yù)定義的閾值VDPPM，bqTINY-III則會自動將充電電流降至一個可保持VDPPM時VOUT的水平。
該特性可用于圖5所示的應(yīng)用。其中，一個太陽能板被用于為一個單體鋰離子電池再充電。該太陽能板由若干電池串組成，每個電池串包括11個串聯(lián)硅電池。它的作用類似于電流限制電壓源，其中電流限制是由太陽能板的大小以及照射在上面的光量來確定的。
從該太陽能板上獲得的最大輸出電壓（VOC）通常介于5.5V～6V之間。因為該電壓低于bq24030預(yù)定義的6V輸出調(diào)節(jié)電壓，Q1被完全開啟（turnedhard-on）。RSET定義了一個1A的最大充電電流。如果其超過了太陽能電池的輸出電流（取決于光線強弱），太陽能板的輸出電壓就會下降，從而降低了bq24030OUT引腳的電壓。RDPPM對bq24030進行了編程以自動將ICHG降至一個容許VOUT保持在最小4.5V的電平。之所以采用VDPPM這個值，是因為它非常符合太陽能板的最大功率點（MPP）。假設(shè)Q1兩端的電壓降為300mV，那么每個電池的電壓就將會變?yōu)?36mV，這樣就會最大化太陽能板的功率輸出。如果VOUT高于4.5V，則DPPM就會不起作用，太陽能板的工作狀態(tài)就會偏離MPP。但是，只有所需的電能少于太陽能板所能提供的電能時，才會發(fā)生這樣的情況，此時效率的降低不會有太大的影響。如圖3所示，隨著輸出功率逼近MPP，輸出功率曲線變得十分平穩(wěn)，然后突然急劇下降。因此，把VDPPM設(shè)置得稍高些比設(shè)置得稍低些要好。這樣就可以將不恰當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c對輸出功率的影響最小化。如果太陽能板提供的電能不足以為系統(tǒng)供電，甚至當(dāng)電池充電電流已經(jīng)被降低至零的時候，Q2就會被開啟，VOUT將下降到恰好低于電池電壓VBAT，而電池則能提供任何太陽能板所不能提供的電流。
bqTINY-III還允許通過USB端口對電池進行充電。在這種情況下，Q3就會被用來調(diào)節(jié)輸入電流，以確保USB規(guī)范可根據(jù)IC的ISET2引腳狀態(tài)滿足100mA或500mA的要求。如果系統(tǒng)和充電電流的總和超過了所選USB的電流極限，則VOUT就會下降且DPPM功能會降低充電電流，或像從前那樣還原為電池補充模式。bqTINY-III系列器件的另一個非常有用的特性就是如果充電器正處于DPPM狀態(tài)，則其內(nèi)部安全定時器就會自動延長時間。因此在低光照或電流限制的條件下，當(dāng)電池充電速度較慢時，在出現(xiàn)錯誤條件之前對電池進行再充電所允許的時長得到了適當(dāng)?shù)难娱L，從而避免了過早的充電終止。 |
