電池技術(shù)的進步和器件性能的提高已經(jīng)使人們有可能做出復雜的電子產(chǎn)品，這可在兩次充電之間以長時間運行。即便如此，就某些設備而言，通過插入電網(wǎng)的電源插座給電池再充電有時是不可能的。路邊的應急電話、導航浮標和偏遠的氣象監(jiān)測站僅是少數(shù)幾種無法接入電網(wǎng)的應用，因此這類應用必須從周圍環(huán)境收集能量。

太陽能電池板作為能量收集電源有巨大的發(fā)展?jié)摿?，它們僅需要電池儲存所收集的能量，并在光線暗淡時繼續(xù)供電。太陽能電池板相對昂貴，因此從電池板抽取最大功率對于最大限度地減小電池板尺寸至關(guān)重要。比較棘手的問題是，怎樣平衡太陽能電池板尺寸和所需功率。太陽能電池板的特性要求是要仔細管理隨負載變化的電池板輸出功率，以在各種不同的照明條件下，有效優(yōu)化電池板的輸出功率。

就給定照明量而言，太陽能電池板有一個特定產(chǎn)生最大功率的工作點(參見圖1)。隨著照明條件改變，保持在這個峰值功率點上運行的做法，稱為最大峰值功率跟蹤(MppT)。要執(zhí)行最大峰值功率跟蹤功能，常常需要使用復雜的算法，例如周期性地改變電池板的負載，同時直接測量電池板的輸出電壓和輸出電流，計算電池板的輸出功率，然后隨著照明和/或溫度條件的改變，強制在提供峰值輸出功率的工作點上運行。這類算法一般需要復雜的電路及微處理器控制方法。

圖1：一個太陽能電池板在不同的照明量情況下，電流隨電壓以及功率隨電壓的變化。無論照明量大小，該電池板的輸出電壓在最大功率點(VMp)上都保持相對固定

不過，在太陽能電池板的輸出電壓和該電池板產(chǎn)生的功率之間存在一種有趣的關(guān)系。在最大功率點時，無論照明量大小，太陽能電池板的輸出電壓都保持相對固定。因此，在電池板工作時，強制保持輸出電壓在這個峰值功率電壓(VMp)上，就能使電池板產(chǎn)生峰值輸出功率。因此，利用這個VMp特性，而不是采用復雜的最大峰值功率跟蹤電路和算法，電池充電器就能保持峰值功率傳送。

LT3652電池充電器的幾個特點LT3652是一款完整的單片降壓型且適用于多種電池化學組成的充電器，以高達32V(絕對最大值為40V)的輸入電壓工作，并以高達14.4V的浮置電壓給電池組充電。LT3652含有一種創(chuàng)新性的輸入調(diào)節(jié)電路，該電路采用一種簡單和自動的方法以控制充電器的輸入電源電壓，當使用穩(wěn)定性不佳的電源(例如太陽能電池板時)，這種方法很有用。LT3652HV是該充電器的高壓版本，能以高達18V的浮置電壓給電池組充電。

輸入調(diào)節(jié)環(huán)路保持太陽能電池板在峰值功率點上運行如果輸入電源電壓向著設定值方向下降，那么LT3652的輸入調(diào)節(jié)環(huán)路就線性地降低輸出的電池充電電流。這個閉環(huán)調(diào)節(jié)電路跟隨充電電流，因此也就跟隨輸入電源的負載而變化，這樣輸入電源電壓就可保持為等于或高于設定值。當由太陽能電池板供電時，通過簡單地將最低輸入電壓值設定為等于電池板的峰值電源電壓VMp，LT3652就能以最大峰值功率跟蹤模式工作。所希望的峰值功率電壓通過一個電阻器分壓器設定。

如果充電時，LT3652所需要的功率超過了可從太陽能電池板得到的功率，那么LT3652的輸入調(diào)節(jié)環(huán)路就隨之使充電電流降低。之所以出現(xiàn)這種情況，可能是因為所希望的電池充電電流上升，或太陽能電池板照明量下降。在任何一種情況下，該調(diào)節(jié)環(huán)路都保持太陽能電池板的輸入電壓等于設定的VMp，正如VIN_REG引腳上的電阻器分壓器所設定的那樣。

該輸入調(diào)節(jié)環(huán)路是一種簡單和從容的方法以強制特定太陽能電池板在峰值功率點上工作。采用其他穩(wěn)定性不佳的電源時(例如輸入電源在過流條件下可能出現(xiàn)崩潰的情況)，也可以用這個輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路來優(yōu)化運作。

集成和全功能的電池充電器LT3652以固定的1MHz開關(guān)頻率工作，具有恒定電流/恒定電壓(CC/CV)充電特性。該器件可用外部電阻器編程，以提供高達2A的充電電流，同時充電電流準確度為±5%。該IC尤其適用于與流行和價格不高的“12V系統(tǒng)”太陽能電池板有關(guān)之電壓范圍，這類系統(tǒng)的典型開路電壓約為25V。

該充電器采用3.3V浮置電壓反饋基準，因此用一個電阻器分壓器就可設定想要的電池浮置電壓在3.3V至14.4V(采用LT3652HV時則高達18V)的范圍內(nèi)。LT3652的浮置電壓反饋準確度為±0.5%。LT3652的寬輸出電壓范圍適用于很多電池化學組成和配置，包括多達3節(jié)串聯(lián)的鋰離子/聚合物電池、多達4節(jié)串聯(lián)的LiFepO4(磷酸鐵鋰)電池以及多達6節(jié)串聯(lián)的密封鉛酸(SLA)電池。該充電器的高壓版本LT3652HV也已供貨。LT3652HV以高達34V的輸入電壓工作，可充電至18V浮置電壓，適用于4節(jié)鋰離子/聚合物或5節(jié)LiFepO4電池組。

LT3652含有一個可編程安全定時器，用來在達到所希望的時間后終止充電。簡單地將一個電容器連接到TIMER引腳，就能啟動該定時器。將TIMER引腳短接到地，就可將LT3652配置為，當充電電流下降到低于所設定最大值的10%(C/10)時終止充電，而C/10檢測的準確度為±2.5%。利用安全定時器實現(xiàn)終止，允許在電流低于C/10時進行Top-Off型充電。一旦充電終止，LT3652就進入低電流(85μA)備用模式。如果電池電壓降至比所設定的浮置電壓低2.5%，那么自動再充電功能就啟動一個新的充電周期。LT3652采用扁平、12引線3mmx3mmDFN和MSOp封裝。

節(jié)能和具低靜態(tài)電流的停機模式LT3652有一個門限精確的停機引腳，允許利用一個電阻器分壓器簡單地實現(xiàn)欠壓閉鎖功能。當處于低電流停機模式時，LT3652僅從輸入電源吸取15μA電流。通過使用一個連接到該器件NTC引腳的熱敏電阻器來監(jiān)視電池溫度，該IC還支持溫度合格的充電。該器件有兩個二進制編碼的集電極開路狀態(tài)引腳，顯示了LT3652電池充電器的工作狀態(tài)、/CHRG和/FAULT。這些狀態(tài)引腳可驅(qū)動LED，以發(fā)出可視的充電器狀態(tài)信號，或可用作面向控制系統(tǒng)的邏輯電平信號。

簡單的太陽能供電電池充電器圖2顯示了一個具電源通路管理的2A兩節(jié)LiFepO4電池充電器。當太陽能電池板照明不充分時，這個電路從電池向系統(tǒng)負載供電，而當太陽能電池板能提供系統(tǒng)負載所需功率時，就直接從太陽能電池板供電。輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路針對具17V峰值功率輸入的太陽能電池板而設定。該充電器采用C/10終止，因此當所需電池充電電流降至低于200mA時，充電電路就被停用。這個LT3652充電器還用兩個LED來提供狀態(tài)和故障信號。這些二進制編碼的引腳發(fā)出電池充電、備用或停機模式信號以及電池溫度故障和壞電池故障信號。

圖2：一個具17V峰值功率跟蹤和面向兩節(jié)LiFepO4電池的2A太陽能電池板電源管理器

輸入電壓穩(wěn)定點用太陽能電池板輸出與VIN_REG引腳之間的電阻器分壓器設定。當太陽能電池板的輸出向17V急劇下降時，就降低最大輸出充電電流，該17V對應于VIN_REG引腳的2.7V。這個伺服環(huán)路就是這樣動作，以動態(tài)地將充電器系統(tǒng)的功率需求降至太陽能電池板能提供的最大功率，從而保持了太陽能電池板的電能利用率接近100%，如圖3所示。

圖3：17V輸入電壓調(diào)節(jié)門限對太陽能電池板峰值功率的跟蹤程度超過98%

希望效率更高?用隔離FET取代隔離二極管在電池電壓高于4.2V時使用LT3652，需要一個隔離二極管。這個二極管兩端的壓降產(chǎn)生了功率損耗項，降低了充電效率。如圖4所示，用一個p溝道FET取代該隔離二極管，就可以極大地降低這一功率損耗項。

圖4：一個2A的三節(jié)LiFepO4充電器用p溝道FET實現(xiàn)輸入隔離以提高大電流充電效率

圖4所示是一個具10.8V浮置電壓的3節(jié)LiFepO42A充電器。這個充電器具14.5V輸入電壓調(diào)節(jié)門限，且當VIN≥13V時，由SHDN引腳啟動。充電周期終止是由3小時的定時器周期控制的。隔離二極管在使用時，通常與輸入電源串聯(lián)，以實現(xiàn)反向電壓保護，該隔離二極管被一個FET取代了。另外，用一個10V的齊納二極管實現(xiàn)箝位，以防止超過FET的VGS最大值。如果規(guī)定的VIN范圍沒有超過輸入FET的VGS最大值，那么這個箝位就不需要。

在正常充電周期(ICHG>C/10)的大電流充電期間，/CHRG狀態(tài)引腳保持為低電平。在如圖4所示的充電器中，這個/CHRG信號用來將隔離FET的柵極拉低，從而實現(xiàn)了一個低阻抗電源通路，這個通路沒有隔離二極管壓降，可提高轉(zhuǎn)換效率。圖5顯示，與采用肖特基隔離二極管工作時相比，增加這個隔離FET使效率提高了4%。

圖5：當采用15V輸入對10.8V三節(jié)LiFepO4電池充電時，肖特基隔離二極管與隔離FET的效率比較

如果該定時器用來實現(xiàn)終止，那么一旦達到

害怕黑暗?用一個理想二極管實現(xiàn)弱光應用當LT3652在有效充電時，該IC給開關(guān)環(huán)路提供一個內(nèi)部負載，以確保在所有條件下都實現(xiàn)閉環(huán)工作。無論何時，只要充電周期有效，就讓BAT引腳吸收2mA電流，這樣就可以提供這一內(nèi)部負載。在太陽能電池板供電的電池充電器中，弱光情況可能使輸入太陽能電池板的電壓急劇下降至低于輸入調(diào)節(jié)門限，從而使輸出充電電流降至零。如果在這種情況下(即電池板電壓保持高于UVLO門限)充電器保持啟動狀態(tài)，那么內(nèi)部的電池負載就導致電池出現(xiàn)凈的漏電流。顯然這不是所希望的，幸運的是，通過采用一個單向傳遞組件，以防止電流從電池回流，就可以消除這種情況。

凌力爾特公司制造了一款高效率傳遞組件IC，即LTC4411理想二極管，該器件的有效正向壓降接近零。由于在傳導時該器件的正向壓降極低，所以對充電器的總體效率和最終浮置電壓的影響是微不足道的。

圖6所示是一個LT3652太陽能供電電池充電器，該充電器利用一個LTC4411理想二極管IC實現(xiàn)了弱光反向保護。在弱光情況下，如果電池板的電壓急劇下降至低于輸入調(diào)節(jié)門限，那么LT3652就將電池充電電流降至零。在輸入電壓保持高于UVLO門限的情況下，該充電器保持啟動，但停留在零充電電流狀態(tài)。LT3652試圖使BAT引腳吸收2mA電流，不過，LTC4411防止電池的反向傳導。

圖6：具理想二極管輸出傳遞組件和太陽能供電的2A鋰離子電池充電器；LTC4411理想二極管IC在弱光情況下防止反向傳導

需要升壓?沒問題。一個兩級降壓-升壓型電池充電器采用一個前端升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，LT3652就可以用于升壓型和升壓/降壓型充電器應用。該前端轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個局部高壓電源，以使LT3652用作輸入電源。當采用兩個轉(zhuǎn)換器時，LT3652的輸入調(diào)節(jié)環(huán)路可以完美地發(fā)揮作用。

圖7顯示了一個由低壓太陽能電池板供電和具4.2V浮置電壓的1.5A單節(jié)鋰離子電池充電器。該充電器設計為用一個峰值功率電壓為3.8V的太陽能電池板工作。

圖7：低壓太陽能電池板為1.5A單節(jié)鋰離子電池的降壓/升壓型充電器供電。LT3479升高太陽能電池板的3.8V輸出，以使LT3652充電器工作。LT3652的閉環(huán)工作系統(tǒng)中包括升壓型轉(zhuǎn)換器，從而可將LT3479的輸入調(diào)節(jié)至太陽能電池板的3.8VVMp。

以1MHz頻率工作的LT3479升壓型開關(guān)轉(zhuǎn)換器用在前端，以產(chǎn)生一個8V電源，該電源用來給LT3652供電。這個充電器工作時，輸入電壓低至3.8V的輸入調(diào)節(jié)門限，高達24V的LT3479最大輸入電壓。當輸入電壓接近(或高于)8V時，LT3479升壓型轉(zhuǎn)換器不再穩(wěn)定，最終以0%的占空比工作，并通過至LT3652的肖特基通路二極管，有效地短路輸入電源。因為輸入調(diào)節(jié)環(huán)路監(jiān)視LT3479的輸入，所以當輸入電壓向著輸入調(diào)節(jié)門限急劇下降時，LT3652就減小充電電流，從而降低了LT3479升壓型轉(zhuǎn)換器的電流需求。該輸入電壓隨著該調(diào)節(jié)點而變化，同時升壓型轉(zhuǎn)換器和LT3652充電器一起從太陽能電池板抽取峰值功率。

需要更大的充電電流？采用更多的LT3652充電器多個LT3652充電器可以并聯(lián)使用，以產(chǎn)生一個充電電流能力超過單個LT3652的充電器。在圖8所示應用中，由3個2A的LT3652充電器組成的網(wǎng)絡是并聯(lián)連接的，以產(chǎn)生一個6A、浮置電壓為12.3V、采用C/10終止的3節(jié)鋰離子電池充電器。這個充電器與太陽能電源是兼容的，具20V輸入調(diào)節(jié)門限。這個充電器還采用了一個輸入隔離FET，以提高充電效率。

圖8：使用3個LT3652充電器IC的6A三節(jié)鋰離子電池充電器

3個LT3652充電器IC共用一個共同的浮置電壓反饋網(wǎng)絡和一個共同的輸入調(diào)節(jié)網(wǎng)絡。建議使用具250kΩ等效電阻的反饋網(wǎng)絡，以補償進入LT3652VFB引腳的輸入偏置電流。既然在這個充電器中3個LT3652共用同一個反饋網(wǎng)絡，那么輸入偏置電流也是通過該網(wǎng)絡分享的，所以網(wǎng)絡等效電阻降至250kΩ/3，即約為83kΩ。

由于基準電壓的容限，在進行自動再充電時，這些IC中的某一個有可能先于其他IC加電。在這種情況下，電池以2A的最大電流自動再充電。如果電池由于>2A的負載而持續(xù)放電，那么第二個充電器就加入工作。更大的放電電流將使第三個充電器IC也加入工作，從而允許該充電器產(chǎn)生全部6A系統(tǒng)充電電流。所有LT3652的/CHRG引腳都連在一起，以啟動輸入隔離FET，這樣該FET就呈現(xiàn)低阻抗，而不管這些IC自動重啟的順序。

3個LT3652共用NTC和狀態(tài)功能，同時每個IC都使用專門的NTC熱敏電阻器。這些IC的集電極開路狀態(tài)引腳短接在一起，這樣任何或所有充電器啟動工作后，/CHRG狀態(tài)指示燈都會亮起。類似地，任何IC的NTC故障都會使/FAULT狀態(tài)指示燈亮起。每個LT3652的NTC功能都是相互從屬的，而這種從屬性是通過所有3個IC的公共/FAULT引腳與公共VIN_REG引腳之間連接的二極管實現(xiàn)的。如果任何一個IC出現(xiàn)了NTC故障，那么這個二極管就將VIN_REG引腳拉低至低于VIN_REG門限，這將停用所有輸出充電電流，直到溫度故障情況解除為止。

結(jié)論LT3652是一款通用的平臺，適用于簡單和高效率的太陽能供電電池充電器解決方案，適合種類繁多的電池化學組成和配置。LT3652同樣適用于在家中以傳統(tǒng)方式供電的應用，提供了小型、高效率的充電解決方案，適用于多種電池化學組成和電池組電壓。

這些太陽能供電的充電器解決方案保持太陽能電池板的利用率接近100%，從而由于最大限度地減小了電池板面積，而降低了解決方案的成本。該IC緊湊的尺寸加之不太多的外部組件需求，允許構(gòu)成既纖巧又不昂貴的獨立充電器系統(tǒng)，從而使便攜式電子產(chǎn)品真正不依賴于電網(wǎng)而提供了一種簡單和高效率的解決方案。