适用于基于 TPS61094 的太阳能供电型应用的降压充电器（带 MPPT）和升压转换器
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摘要
由于石油等不可再生能源消耗的增加以及改善生态环境的紧迫性，能量收集和太阳能已成为全球热门话题。越来越多的产品选择太阳能作为电力资源。由太阳能电池供电的典型系统包括太阳能电池板、储能元件、类似于超级电容器或镍氢电池的直流/直流器件、用于从太阳能电池板对储能元件充电的直流/直流器件，以及用于调节输出电压的其他直流/直流器件等。结果是专门针对由太阳能供电的系统（小于 5W）设计的。降压 CC/CV 功能可确保与超级电容或镍氢电池类似的储能能够正确充电。该结果几乎可以通过在 TPS61094 中使用双向降压或升压功能来实现 MPPT（最大功率点跟踪）。TPS61094 集成了 60nA 超低 IQ 升压转换器，无论太阳能强度如何，都可以调节输出电压。
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1 太阳能电池和 MPPT 简介
太阳能电池是一种通过光伏效应将光能直接转化为电能的电气设备，光伏效应是一种物理化学现象。普通的单结硅太阳能电池可以产生大约 0.5V-0.6V 的最大开路电压。单个太阳能电池器件通常是光伏模块的电气构建块。常见的太阳能电池配置为由硅制成的大面积 p-n 结。
开路电压和短路电流是太阳能电池板最重要的参数。通常，其工作电压和电流随负载电阻而变化（适用于锂离子电池的单节电池太阳能电池板能量收集参考设计）。图 3-5 展示了不同负载对应的工作电流和电压，即太阳能电池的 VI/VQ 曲线。
图 1-1 太阳能电池的 VI/VQ 曲线在不同的光照条件下，同一块太阳能电池板根据不同的负载具有不同的最大输出功率。通过调整使太阳能电池板在最大功率点工作非常重要。最大功率点跟踪是一种与可变电源配合使用的技术，用于在条件变化时更大限度地提取能量。当条件发生变化时，它可更大限度地提取能量。MPPT 解决的核心问题是，太阳能电池的功率传输效率取决于可用的阳光量、太阳能电池板的温度和负载的电气特性。随着这些条件的变化，提供最高功率传输的负载特性会发生变化。当负载特性发生变化时，系统将进行优化，以保持最高效率的功率传输。此最优负载特性被称为最大功率点 (MPP)。MPPT 是随条件变化调整负载特性的过程。可将电路设计为向光伏电池提供最优负载，然后将电压、电流或频率转换为适合其他器件或系统。