独立した小型機器のバッテリを充電する小型 2 セル・ソーラーパネル
デザインノート491
Fran Hoffart
はじめに低消費電力エレクトロニクスの進歩により、今ではパワーグリッドから離れた場所にバッテリ駆動センサや他の機器を設置することが可能になっています。理想的には、パワーグリッドに全く依存せずにすむように、バッテリの交換を不要にして、代わりに太陽エネルギーなどのローカルに利用できる再生可能エネルギーを使って再充電します。このデザインノー
トでは、小型の 2 セル・ソーラーパネルで動作する小型バッテリ・チャージャの構成方法を説明します。このデザインの特長は、DC/DC コンバータが電力点制御を行って、ソーラーパネルから最大電力を引き出すことです。
最大電力点制御の重要性

負荷では、電力はゼロ（右端）に向かって低下しますが、これはさほど問題にはなりません。
当然、パネルの照度が利用可能な電力に影響を与えます。
光が少ないほど出力電力が減り、光が多いほど電力が増えます。 照度はピーク出力電力の“値”に直接影響しますが、電圧スケール上のピークの“位置”にはそれほど影響しません。つまり、照度には関係なく、ピーク電力が生じるパネルの出力電圧は比較的一定に保たれます。このため、ソーラーパネルの電圧がこのピーク電力電圧（この場合は 750mV）またはそれ以上に留まるように、出力電流を調整することは有意です。そうすることを、最大電力点制御（MPPC）と呼びます。

太陽電池やソーラーパネルは出力電力定格が定められてい最大電力点制御を行う場合と行わない場合の、充電電流ますが、パネルの利用可能な電力は決して一定ではありませに対する太陽光の変化の影響を図 2 に示します。 太陽光ん。その出力電力は、照度、温度、およびパネルから引きが 100% から約 20% まで下がり、再度 100% に変化する
出される負荷電流に大きく依存します。これを説明するため、ようにシミュレーションしました。 太陽光強度が約 20% 下
2 セル・ソーラーパネルの一定の照度での V-I 特性を図 1
がると、ソーラーパネルの出力電圧と電流も下がりますが、に示します。I-V 曲線は、短絡（左端）から約 550mA のLTC3105 の最大電力点制御により、パネルの出力電圧負荷電流までほぼ定電流特性を示し、そこから低電流の定がプログラムされた 750mV より低くならないことに注意し電圧特性へと折れ曲がり、開放回路（右端）で最大電圧にてください。これは、ソーラーパネルが（図 2 の右側のプ近づきます。パネルの出力電力曲線は、750mV/530mA
ロットで示されているように）0V 付近まで落ちないようにのあたりで（I-V 曲線の屈曲点のあたりで）出力電力のピー
LTC3105 の出力充電電流を減らすことで行います。 電力
クを示します。負荷電流が電力ピークを超えて増加すると、点制御を行わないと、太陽光が少し減少しただけで、充電電力曲線は急速にゼロ（左端）に低下します。 同様に、軽電流が完全に停止することがあります。

SOLAR PANELOUTPUT
CURRENT

400300MAXIMUM
POWER
POINT

300200

SOLAR PANELOUTPUT POWER

200
OPEN-CIRCUIT
VOLTAGE1000

入力電力制御付きの LTC3105 昇圧コンバータ

400

SHORT-CIRCUITCURRENT
500

2 SERIES POLYCRYSTALLINE CELLS
0200400600800

SOLAR PANEL OUTPUT VOLTAGE (mV)100

SOLAR PANEL OUTPUT POWER (mW)

SOLAR PANEL OUTPUT CURRENT (mA)

60001000
DN F01

図 1．ソーラーパネルの出力電圧、電流、および電力

06/11/491

LTC3105 は主に、低電圧太陽電池や熱電発電機などの環境エネルギー源からバッテリ充電電力へ電力変換を行うように設計された、同期整流式昇圧 DC/DC コンバータです。
LTC3105 は MPPC を使ってエネルギー源から利用可能な最大電力を供給します。これは、ソーラーパネルが 0V 付近まで落ちないように LTC3105 の出力電流を減らすことで行います。LTC3105 はわずか 250mV の入力で起動することができるので、1 セルの太陽電池や直列接続した最多9 セルないし 10 セルの太陽電池で駆動することができます。
L、LT、LTC、LTM、Linear Technology、Linear の ロ ゴ お よ び Burst
Mode はリニアテクノロジー社の登録商標です。他の全ての商標はそれぞれの所有者に所有権があります。

PANELOUTPUT (mA)

0100%
1.0

RELATIVE SUNLIGHT
INTENSITY

0.8

600.6

40 LTC3105
CHARGE
20 CURRENT

0.40.2
SOLAR PANELOUTPUT VOLTAGE
BATTERY VOLTAGE = 3.6V
0010 SECONDS(WITH MAXIMUM POWER POINT CONTROL)

600
400200CHARGE
CURRENT (mA)

200100%

SOLAR PANELOUTPUT CURRENT100%

SOLAR PANELOUTPUT CURRENT0RELATIVE SUNLIGHT
INTENSITY60

SOLAR PANELOUTPUT VOLTAGE

LTC3105

40 CHARGECURRENT

20 BATTERY

100%
1.00.80.6
LTC3105 0.4
CHARGE
CURRENT 0.2

0 VOLT.= 3.6V

010 SECONDS(NO MAXIMUM POWER POINT CONTROL)SOLAR PANEL OUTPUT (V)PANEL
OUTPUT (mA)

400

SOLAR PANEL OUTPUT (V)CHARGE
CURRENT (mA)

600

DN F02図 2．太陽光強度の変化の充電電流に対する影響
出力切断機能により、他の太陽電池駆動の DC/DC コン
バータで多くの場合に必要となる絶縁ダイオードが不要であり、出力電圧を入力電圧より上にも下にもすることができます。インピーダンスが比較的に高い電力源で動作できるよ
うに、起動時には 400mA のスイッチ電流制限は減少しま
すが、コンバータが通常動作になると、多くの低電力ソーラー・アプリケーションに対して十分な電力を供給します。
さらに、可変出力の 6mA 低損失リニア・レギュレータ、オープン・ドレインのパワーグッド出力、シャットダウン入力、および低消費電力アプリケーションの効率を改善するための®
Burst Mode 動作も備えています。の電圧を 4.2V に制限します。FBLDO ピンを接地して低損失レギュレータを 2.2V にプログラムし、それによって「充電」LED に電力を供給します。この LED は充電中はオンし、バッテリ電圧がフロート電圧の 40mV 以内になるとオフして、満充電に近いことを表示します。NTC サーミスタがバッテリ温度を検出し、バッテリの安全性を増すために高い周囲温度では LTC4071 のフロート電圧を下げます。 過放電によるバッテリの損傷を防ぐため、低電圧バッテリ切断機能により、バッテリ電圧が 2.7V を下回るとバッテリを負荷から切断します。
まとめ

太陽電池駆動のリチウムイオン・バッテリ・チャージャ

ここで説 明されている回 路が 発 生する電 力はわずか数昇圧コンバータとして LTC3105 を使い、リチウムイオン・シャント・チャージャとして LTC4071 を使う、太陽電池駆 100mW ですが、ほとんどの気象条件で 400mAhr のリチ動の小型バッテリ・チャージャを図 3 に示します。2 セルの ウムイオン・バッテリを満充電状態に保つのに十分な電力を400mW ソーラーパネルが LTC3105 に入力電力を供給し、 供給することができます。 入力電力制御と組み合わせた低最大太陽光で 60mA を超える充電電流を発生します。図 1 入力電圧により、LTC3105 は低消費電力の太陽電池アプに示すように、最大電力点制御により、ソーラーパネルの電 リケーションに最適です。さらに、戸外環境でのバッテリ寿圧が 750mV の最大電力点より下がらないようにします。コ 命を延ばすために、LTC4071 シャント充電システムは高精ンバータの出力電圧は、リチウムイオン・バッテリの 4.2V 度フロート電圧、充電状態および温度に対する安全機能をのフロート電圧よりわずかに高い 4.35V にプログラムされて 提供して、LTC3105 を補完します。
います。LTC4071 シャント・レギュレータは、バッテリ両端SOLAR PANEL(2 CELLS)+ISC = 600mA,
VOC = 1V

–10µH

SW

OUT
1M

IN
10µF

LTC3105

FB
301k

MPPC PGOOD

MPPC75k

OFF ONOPTIONAL MPPCTEMPERATURE TRACKING,SEE DATA SHEET FOR DETAILS

1µF

LDO
SHDN

10µF

2.2V

FBLDO

AUX GND

220Ω

ADJ
VCC
LBSEL BAT
LTC4071LOAD

NTC BIAS
LED

10k
HBO

NTC
GND

CHARGING
LED STATUS
ON = CHARGING
OFF = VBAT APPROACHES VFLOAT
OFF = NO BATTERY OR NO VIN

4.2V
NTC
10k+400mAhr
Li-IonPOLYMERBATTERYDN F03

図 3．2 セル・ソーラーパネルで動作するリチウムイオン・バッテリ・チャージャ
データシートのダウンロード：http://www.linear-tech.co.jp

リニアテクノロジー株式会社

102-0094 東京都千代田区紀尾井町 3-6 紀尾井町パークビル 8F
TEL(03)5226-7291 FAX(03)5226-0268

http://www.linear-tech.co.jp

dn491 LT/AP 0611 • PRINTED IN JAPAN© LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2011