凌力爾特：太陽(yáng)能和風(fēng)能在智能電網(wǎng)中所涉及的關(guān)鍵半導(dǎo)體技術(shù)

　　問(wèn)：太陽(yáng)能和風(fēng)能是智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)，它們所涉及到的關(guān)鍵半導(dǎo)體技術(shù)有哪些？

　　答：在各家公司都致力于尋求降低功耗之方法的背景下，太陽(yáng)能供電型電子設(shè)備的市場(chǎng)呈持續(xù)成長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。為了降低運(yùn)行能源成本，部署在智能電網(wǎng)上的智能電表將很有可能由某種環(huán)境能量源來(lái)供電，而一種適用且豐富的能量源便來(lái)自太陽(yáng)能。鑒于太陽(yáng)能電源變化無(wú)常且不可靠，所以幾乎所有的太陽(yáng)能供電型設(shè)備都配有可再充電電池。因此，一個(gè)重要的目標(biāo)是吸取盡可能多太陽(yáng)能以對(duì)這些電池進(jìn)行快速充電并保持其充電狀態(tài)，從而在無(wú)法獲得太陽(yáng)能時(shí)將其用作一個(gè)能量源。
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　　Tony Armstrong

　　產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)

　　電源產(chǎn)品

　　凌力爾特公司

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　　然而，太陽(yáng)能電池從本質(zhì)上說(shuō)是低效率部件，但它們確實(shí)具有一個(gè)最大輸出功率點(diǎn)，因此在這個(gè)點(diǎn)上運(yùn)作是顯而易見(jiàn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。問(wèn)題是：最大輸出功率的 I （電流） – V （電壓） 特性會(huì)隨著光照條件而發(fā)生變化。單晶太陽(yáng)能電池的輸出電流與光強(qiáng)度成比例，而其電壓在最大功率輸出時(shí)則相對(duì)恒定。對(duì)于給定的光強(qiáng)度，最大功率輸出出現(xiàn)在每條 I – V 曲線的拐點(diǎn)處，此時(shí)，太陽(yáng)能電池從恒定電壓部件轉(zhuǎn)變?yōu)楹愣娏鞑考?（圖 1）。

　　圖 1：?jiǎn)蝹€(gè)光伏電池的典型最大功率點(diǎn)控制點(diǎn)

　　所以，當(dāng)光照的強(qiáng)度無(wú)法滿足充電器的滿功率要求時(shí)，從太陽(yáng)能電池板有效吸取功率的充電器設(shè)計(jì)必須要能夠?qū)㈦姵匕宓妮敵鲭妷赫{(diào)整至最大功率點(diǎn)。凌力爾特開(kāi)發(fā)并推出針對(duì)太陽(yáng)能電源應(yīng)用的 LT3652 多種化學(xué)組成 2A 電池充電器的原因就在于此。該器件采用了一種輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路，當(dāng)輸入電壓降至由一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的編程電平以下時(shí)，此環(huán)路將減小充電電流。當(dāng) LT3652 由一塊太陽(yáng)能電池板供電時(shí)，輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路用于將電池板保持在接近峰值輸出功率。

　　另外，凌力爾特還推出了專(zhuān)門(mén)針對(duì)可再生能源應(yīng)用的 LTC4070 電池充電器。它是一款適合鋰離子 / 鋰聚合物電池的易用和纖巧型并聯(lián)電池充電器 IC。憑借其 450nA 的工作電流，LTC4070 可保護(hù)電池，并依靠以前無(wú)法使用的非常低電流充電電源 （間歇型或連續(xù)型） 來(lái)給電池充電。通過(guò)增設(shè)一個(gè)外部 P-FET，可把 LTC4070 的充電電流從 50mA 提升至高達(dá) 500mA。一個(gè)內(nèi)部電池?zé)崃空{(diào)理器可降低浮置電壓，以在電池溫度較高的情況下保護(hù)鋰離子 / 鋰聚合物電池 （當(dāng)溫度高于 40oC 時(shí)，溫度每上升 10oC，該電池?zé)崃空{(diào)理器就將降低浮置電壓）。

　　通過(guò)以串聯(lián)的方式配置多個(gè) LTC4070，即可對(duì)多節(jié)電池的電池組充電并對(duì)其進(jìn)行平衡。LTC4070 采用扁平 （僅高 0.75mm） 8 引腳 2mm x 3mm DFN 封裝，僅需單個(gè)電阻器就能提供一個(gè)完整和超緊湊的充電器解決方案。該器件的特性集使其非常適合連續(xù)和間歇性的較低功率充電電源應(yīng)用，包括鋰離子 / 鋰聚合物電池備份、薄膜電池、幣形電池、存儲(chǔ)器備份、具備份電源的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、嵌入式汽車(chē)和能量采集 / 收集。

　　LTC4070 準(zhǔn)確度為 1% 的終止電壓具有引腳可選的 4.0V、4.1V 和 4.2V 浮置電壓設(shè)定值，允許用戶(hù)在電池能量密度和壽命之間做出權(quán)衡。獨(dú)立的低電池電量和高電池電量監(jiān)控狀態(tài)輸出負(fù)責(zé)指示電池已放電或完全充電。結(jié)合一個(gè)與負(fù)載相串聯(lián)的外部 P-FET，低電池電量狀態(tài)輸出可實(shí)現(xiàn)鎖斷功能，該功能使系統(tǒng)負(fù)載自動(dòng)與電池?cái)嚅_(kāi)，以保護(hù)電池免遭深度放電。

　　問(wèn)：貴公司提供哪些針對(duì)智能電網(wǎng)應(yīng)用的產(chǎn)品和解決方案？能夠幫助智能電網(wǎng)設(shè)計(jì)解決哪些瓶頸問(wèn)題？

　　答：凌力爾特可提供眾多適用于智能電網(wǎng)應(yīng)用的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。由于此類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)千差萬(wàn)別，就如同其輸入電壓、輸出電壓和電流輸送特性一樣，因此我們提供了寬泛的產(chǎn)品線供客戶(hù)選用。表 1 羅列了相關(guān)的產(chǎn)品。

　　表 1：部分適用于智能電網(wǎng)應(yīng)用的凌力爾特產(chǎn)品問(wèn)：您認(rèn)為能量收集產(chǎn)品的最大挑戰(zhàn)是什么？應(yīng)用前景如何？ 貴公司有哪些能量收集的產(chǎn)品？

　　答：在我們周?chē)嬖谥S許多多的環(huán)境能量，能量收集的傳統(tǒng)方法一直是借助太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)。不過(guò)，新的收集手段允許我們利用各種各樣的環(huán)境能量源來(lái)產(chǎn)生電能。而且，重要之處不是電路的能量轉(zhuǎn)換效率，而更多地是在于可為其供電的“平均收集”能量值。例如：熱電發(fā)生器可將熱量轉(zhuǎn)換為電力、壓電元件可轉(zhuǎn)換機(jī)械振動(dòng)、光伏元件用于轉(zhuǎn)換陽(yáng)光 （或任何光子源）、而電流轉(zhuǎn)換器則可從濕氣實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。這使得能夠給遠(yuǎn)程傳感器供電或?qū)﹄娔艽鎯?chǔ)器件 （例如：電容器或薄膜電池） 進(jìn)行充電，從而可為微處理器或發(fā)送器實(shí)施遠(yuǎn)程供電，而無(wú)需使用本地電源。這為凌力爾特的能量收集產(chǎn)品用作解決方案帶來(lái)了機(jī)會(huì)。表 2 列舉了我們?cè)谠擃I(lǐng)域中所提供的產(chǎn)品：

　　表 2：面向可再生能源應(yīng)用的凌力爾特 IC 解決方案

　　表 2 所列的每一款產(chǎn)品都具有特殊的功能及性能指標(biāo)，從而使其可作為針對(duì)特定環(huán)境能量類(lèi)型的最優(yōu)解決方案。概括起來(lái)，這些特性包括：

　　低待機(jī)靜態(tài)電流 —— 通常小于 6μA，并可低至 450nA

　　低啟動(dòng)電壓 —— 低至 20mV

　　高輸入電壓能力 —— 高達(dá) 34V （連續(xù)） 和 40V （瞬態(tài)）

　　能夠處理 AC 輸入

　　多輸出能力和自主型系統(tǒng)電源管理

　　自動(dòng)極性操作

　　針對(duì)太陽(yáng)能輸入的最大功率點(diǎn)控制 （MPPC）

　　能夠從低至 1oC 的溫差收集能量

　　占板面積緊湊且外部組件極少的解決方案