用太阳能电池供电的锂电池充电管理集成电路的设计.doc
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用太阳能电池供电的锂电池充电管理集成电路的设计.doc
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用太阳能电池供电的 ★ 锂电池充电管理集成电路的设计
程莉莉,建龙,赵熊勇,纪虹,张为,郑殷 (中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海205)000
摘要:
本课题研发成功了一款具有自主知识产权的集成电路芯片+集成电路主要用于使用太阳能电池 ,该
为锂电池充电的领域。
其主要功能包括:
利用太阳能电池对锂电池进行恒流/恒压充电:
充电的过程中
实时监测电池的温度,监测输入/出电压,输以保证安全有效的对电池充电;充电状态自动控制功能; 芯
片温度调制电路;据太阳能电池的输出电流能力自动调整充电电流的功能。
该芯片还具有集成度高,根
应用电路简单等优点。
关键词:
电池;锂充电管理集成电路;阳能电池供电 太
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本课题得到上海市科委集成电路设计专项(目项编号:
076020的资助。
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1简介
太阳能电池的发展始于上世纪五十年代,最初 应用于宇宙开发,航空航天等领域。
经过近五十年
的发展,论从发展速度、术成熟性,是从应用 无技还
IH P
领域来看,太阳能电池都是新能源中的佼佼者。
太 阳能电池具有许多优点,比如:
全可靠、噪声、安无无 污染、能量随处可得、不受地域限制、须消耗燃料、无
无机械转动部件、故障率低、维护简便、可以无人值
守、建站周期短、模大小随意、须架输电线路、规无可 以方便地与建筑物相结合等,这些优点都是其它发
电方式所不及的。
图1太阳能电池简化电路模型
池的特性不同而有所差异。
是,但对于大多数硅电池 而言,一电压都在05到06这.V.V之间,也是pn这- 结二极管的正常正向电压。
太阳能电池作为有潜力的可再生能源,多年来
其产量一直以每年1%到2%的增长率在增加, O5目前主要应用领域包括航空航天、军事以及民用消费
品等。
图2展示了太阳能电池的输出特性。
由于串联 电阻(S的原因,R)电压会稍有下降。
然而,有时如
果通过内部二极管的电流太小,导致偏置不够,会并 且穿过它的电压会随着负载电流的增加而急剧下 降。
后,最如果所有电流都只流过负载而不流过二极 管,出电压就会变为零。
输这个电流被称为太阳能电 池的短路电流(S。
IC和VC都是定义太阳能 IC)SO
但是太阳能电池并不是一个理想的电源,其输 出特性受光照强度和光线频谱等因素影响,出电 输流很不稳定,所以太阳能电池不能直接驱动用电装 置,而需要将太阳能电池先存储在蓄电池中,后通 然过蓄电池为用电装置供电。
本课题的芯片可以利用太阳能电池为锂电池充
工作性能的主要参数之一。
因此,太阳能电池被认为
是“电流限制”型电源。
的输出电压会随着输出电 它
电,面详细介绍芯片的研发内容。
下
流的增加而降低,并在负载电流达到短路电流时降
为零。
2电路设计
21太阳能电池的lV特性 ._
太阳能电池一般由pn结组成,-由于pn结的 -
由于太阳能电池的输出电流随光照强度的变化 而变化,所以一般不能用太阳能电池给用电系统直
接供电,一般需要将太阳能电池的能量先存储在蓄 电池中,然后通过电池为系统供电。
这就要求充电电
路能够适应太阳能电池的电压一电流输出特性。
特性类似于二极管的特性,我们一般以如图1中所
示的电路作为太阳能电池特性的一个简化模型。
电流源IH产生的电流和太阳能电池上接收 P
22锂离子电池充电时的线性恒流/恒 .
到的光量度成正比。
在实际太阳能电池应用中,并
联电阻(P)R的泄漏电流很小,R而S则会产生连接
压控制技术的研究
锂离子电池的充电要求是在电池电压低于 42.V时采用恒定电流模式充电,在电池电压达到
损耗。
在没有负载连接的时候,几乎所有产生的电
.V锂流都流过二极管D,其正向电压决定着太阳能电池 42时采用恒定电压充电模式充电,离子电池或 锂聚合物电池的充电电压不能超过45.V,否则将 2的开路电压(O。
电压会因各种类型太阳能电 VC)该导致过充电现象,轻则影响电池的使用寿命,严重的
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Chi ntnaIegredCicuiat rt
整管的导通,以稳定充电电流。
●Vmap是电压调制放大器,其功能是将反馈 网络输出的信号与电压基准源的误差进行放大,放
大后的信号用来调整功率调整管的导通,以达到调
制充电电压的目的。
23充电时芯片温度调制技术的研究 .
对于线性充电器,在充电过程中,由于功率管消
图2太阳能电池的一般IV性 —特
耗功率,会使功率管的结温升高,过高的结温将使半
会导致电池报废或爆炸。
所以要求充电芯片的恒压
导体器件工作不可靠,甚至烧毁半导体器件。
线
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- 太阳能电池 供电 锂电池 充电 管理 集成电路 设计