概述
2022年的北京冬奥会期间，所有奥运场馆都采用了绿色电力（Green electricity）以推动碳中和目标的实现。绿色电力主要来自太阳能光伏和风力发电。充分利用可再生光伏能源是达成2030年温室气体污染目标的有效途径。
光伏系统充电
光伏电池适用于许多细分应用，包括常见的户外摄像头、户外照明和电动自行车。这些应用均需要一块备用电池和小型光伏面板。光伏面板将太阳能转化为电能，同时为系统供电并为备用电池充电。在光线不足的情况下（或夜间），备用电池将释放储存能量为系统供电，从而确保系统的不间断运行。
光伏面板的输出电流(IOUT)与电压（即其输出功率）随光照强度和面板的温度而变化。光照增强，IOUT和电压增加；面板温度升高，IOUT和电压降低。
为了从光伏面板中获取最大功率，备用电池被用来存储最大能量并为系统供电。在光照不足的情况下，光伏充电系统对于系统电源和备用电池之间的无缝切换至关重要。
图 1 显示了光伏面板的 I-IV 和 P-V 曲线。
图 1：光伏面板的 I-V 和 P-V 曲线
采用MP2731 实现电池充电解决方案
MP2731是一款集成了电压与电流采样功能的电池充电管理设备。采用该器件实现的光伏充电方案实现了核心电源管理，直接解决了光伏应用的根本问题。
MP2731 集成了充电和放电电源架构、电压和电流采样以及环路控制，从而简化了整个光伏充电方案。MP2731 还具有其他特性，包括：
- 高度集成
- 3.7V 至 16V 的宽输入电压(VIN)范围
- 用于监测VIN、电流和各种充电参数的集成模数变换器 (ADC)
- 可配置充电参数
- VIN和电流监控
- 窄电压直流 (NVDC) 架构
在小型光伏应用中，面板的输出电压(VOUT)通常在 5V 到 12V 之间，最大功率在 5W 到 7W 之间。MP2731 的宽 VIN范围覆盖了应用中光伏面板的输出范围。
图 2 所示为 MP2731 的功能框图。
图2: MP2731功能框图
监测光伏电池的最大功率
根据 P-V 特性曲线可以知道，光伏面板的输出功率可以通过改变其 VOUT 来调整（见图 3）。
图 3：获取最大输出功率
输出功率以及功率变化的方向可以随电压的变化得以跟踪，由此也可以确定光伏面板的最大功率水平。
MP2731 集成了一个可配置的 VIN 环路，并通过调节VIN来跟踪光伏面板的VOUT。该器件还集成了一个 ADC 来监测 VIN 和电流，并将数据转换为可以存储在寄存器中的数字信息。微控制器 (MCU) 可以读取 ADC 结果并计算出光伏面板的输出功率，并通过动态调整 VIN 环路配置来记录输出功率。
此外，MP2731 还采用了NVDC 架构。当光照充足时，系统供电优先。在这种情况下，MP2731 同时为系统负载供电并为备用电池充电。当光照不足时，MP2731会自动降低充电电流，以降低系统功耗。
图 4 显示了光伏电池如何为系统供电并同时为电池充电。
图 4：MP2731 光伏充电方案
MP2731光伏充电方案能够高效追踪光伏面板的最大输出功率，测得的追踪精度可高达96.8%（见图5）。
图 5：P-V 曲线的追踪结果
在没有光照的情况下，光伏面板也没有 VOUT输出；此时MP2731 将自动切换至电池供电，从而确保系统的平稳运行（见图 6）。
图 6：备用电池为系统供电
结论
MPS 提供的多种解决方案可以在各种光照条件下保持系统不间断的运行，助力推进绿色电力和其他可再生能源计划。
本文介绍的MP2731 光伏充电解决方案能够克服常见的应用限制，另请参考MPS 的其他 电池管理解决方案，这些方案具备快速充电、精确、安全和易于定制的特点。