针对脉冲负载应用的太阳能电池板最大功率点追踪电路

假设一个遥感电路要求 250mA电流下电压为3.3V（825 mW），且供电时间为15 ms。对于包含有测量器件、微处理器和RF发射器的系统而言，这是一种基本需求。

在确定负载的功率需求以后，我们需要计算出C3的要求值。首先，为负载供电所需的输入电流可以通过方程式1计算得到：

VIN为图1所示"点1"和"点2"之间的平均太阳能电池板电压，而η为给定输出功率的电源效率。请注意，VIN约为7.8V且输出功率为825mW时，电源效率一般为87%左右。利用这些数值，可以计算得到IIN=122mA，远大于图1所示太阳能电池板的输出能力，因此C3必须存储足够的能量，以提供缺少的那部分电流，并且持续时间为15 ms。方程式2根据负载要求和太阳能电池板特性，计算出要求的C3值：

VP1和VP2为"点1"和"点2"之间的电压，使用这种太阳能电池板时，它们分别约为9V和6.5V，其与放电时C3的电压变化相对应。tON时的要求负载工作时间为15ms。最后，Ipanel(Avg)为电池板工作在其90%最大功率点以下时，太阳能电池板所提供的平均电流。如图1所示，该电流约为19mA。

由方程式2，我们可以知道C3应大于618μF。使用680-μF电容，可以在器件工作时提供一定的裕量。

开启引脚分压器计算

R1、R2和R3共同形成了一个具有开启(EN)引脚磁滞的完全可配置分压器。方程式3和4用于设置电阻器值：

我们首先选择R1，而1 MΩ是一个较为合适的起始值。这样，通过计算，可以得到R2为153.8 kΩ。我们选择最接近标准值154 kΩ。R3 应为60.9 kΩ，而60.4 kΩ是最接近标准值。


其他最大功率点追踪电路配置

可使典型应用受益的另一种可配置特性是，利用电源良好(PG)输出来控制负载的开启(EN) 输入。当电源关闭时，PG引脚保持低电平。仅当电源开启且输出电压在调节状态下时，上拉电阻器R6将其拉高。把PG输出直接连接至负载EN输入，可使负载保持关闭，直到输入电压升至VP1以上且输出电压高到足以正常驱动负载为此。由于输入电压降至VP2时电源关闭，因此PG引脚被有源拉低，从而又让负载关闭。这种配置，可以保证仅在其电源电压处于调节状态下时才开启负载，从而避免出现可能会破坏负载性能或者数据的低电源电压。

测试结果

图3显示了运行中的最大功率点追踪电路。电池板电压VIN保持在9V和6.5V（分别为VP1和VP2）之间。一旦VOUT进入调节状态，负载开启，并且获取250mA电流。当电池板电压降至6.5V时，VOUT关闭，并从而关闭负载电流。太阳能电池板始终提供19mA的平均电流。图3中，负载拥有约18ms的运行时间，可以满足15ms要求。该运行时间并未与上述计算结果完全一致，而C3值有所增加，超出了计算结果。

图3：90%最大功率点以下工作的最大功率点追踪电路

图4用来自C3的电流ICap的轨迹线，代替图3所示输出电压轨迹线。VIN下降时，来自电容的电流为正-电容向电源提供其存储能量，之后负载获得该能量。一旦负载关闭，由于电池板电压降至6.5V，并且电源关闭，C3提供的电流变为负-电容通过电池板再充电，为下一个周期存储能量。电池板电压足够高的情况下，当电源开启时，来自C3的电流在负载开启以前出现短暂尖峰。启动期间，需要C3提供更多的输入电流。

图4：90%最大功率点以下工作的电路的大容量输入电容 (C3)

结论

本文论述了一款简单且低成本的太阳能电池板最大功率点追踪电路，其适用于脉冲负载系统，例如：通过RF发射器发送数据的遥测系统。另外，我们还可以对这种拓扑结构进行相应配置，用于任何太阳能电池板和脉冲负载系统