简介

物联网（IoT）时代，更多的连接性意味着更多的户外设备由电池供电并持续通信。而且，越来越多的户外设备现在通过太阳能板来供电。在带有太阳能板的户外设计中，充电器需要实现最大功率点追踪（MPPT）功能。本文介绍了带锂离子电池的太阳能板充电器设计技巧，这种充电器适用于室外太阳能监控摄像头或室外照明设备（见图1）等应用。

系统综述

本参考设计基于MPS的MP2731 IC并配合MC96F1206控制器（低成本8051 MCU）开发，适用于中小型太阳能充电解决方案。与传统MPPT系统不同，该系统集成了VIN连接开关、ADC和电压/电流采样电路，因而显著降低了系统成本。系统设计采用扰动观察（P＆O）最大功率点追踪算法，可以实现98％或更高的追踪精度。

图2显示了该参考设计的系统功能框图。其主要模块包括MP2731 、MC96F1206 MCU、电池和系统负载。

MP2731的功能特性包括：在9V输入的5W系统中效率高达93％；MPPT精度达到98％；核心电路面积小至25mmx25mm；具有内置强大充电保护功能（包括JEITA和可调安全定时器）的全集成电源开关；具有I2C 接口，用于灵活的系统参数设置和状态报告（请参见图3）。

图3: MPPT控制系统PCB

系统设计

MPPT原理

太阳能板的输出功率取决于几个因素：辐照度、太阳能板的工作电压和电流、负载。通常，系统都存在一个最大功率点，在这一点上太阳能板向系统输出最佳功率（请参见图4）。使用最大功率点追踪技术（例如P＆O或增量电导法）可在变化的辐照条件下主动保持太阳能板在MPPT模式下运行。

在基于功率的P＆O MPPT算法中，PV面板的功率-电压导数（dP / dV）被用作追踪参数。通过公式（1）可以计算何时达到最大功率点：

硬件实现

DC / DC变换器通常被用来确保系统内部的MPP优化。高度集成的开关充电器（在此参考设计中为MPS的MP2731）连接在PV面板和电池负载之间。

当面板处于低辐照度时，反向阻断FET Q1用于阻断从电池负载到PV面板的路径。IC的输入电压/电流和输出电压/电流通过一个8位ADC采样。IC支持I2C通信，能够将数字化的电流和电压信息轻松传递给外部MCU。

软件实现

P＆O MPPT算法通过ABOV半导体公司的20引脚8位MC96F1206 MCU实现。需激活MCU的I2C外设，以实现与MP2731之间的通信。

注意：在更新 IOFFSET, 之前，请关闭连接在MP2731 SYS引脚上的其他设备，以确保IOFFSET的正确校准。

图6显示了系统级软件流程图。当VIN降至欠压保护阈值之下时，MCU进入睡眠模式；当VIN恢复时，将发送中断（INT）信号以唤醒MCU。然后，MCU读取MP2731寄存器，并启动寄存器（见表1）。

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