太阳能LED路灯照明控制系统的设计

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1、万方数据照明IElectricLighting太阳能LED路灯照明控制系统的设计给出了太阳能LED路灯照明控制系统的硬件实现与控制策略。控制器能够正确地转换充电、供电和等待三种状态。充电电路依据蓄电池的不同状态能准确切换到最大功率充电、恒压充电和浮充补偿三种方式。对LED照明负载采用了恒流控制以确保其发光效率。目前该系统已经稳定运行半年以上。观察和测试结果符合设计要求。杨晓光1。2寇臣锐2汪友华2／1．佛山市国星光电股份有限公司2．河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室杨晓光／副教授太阳能作为一种新兴的绿色能源，正迅速地得到推广应用。太阳能

2、照明系统包括：太阳能电池、蓄电池、照明灯、充电电路、供电电路和控制系统。在白天，太阳能电池将所接收的光能转换为电能，经充电电路对蓄电池充电；蓄电池将电能转换为化学能储存起来。天黑后，太阳能电池无输出，充电电路停止工作，蓄电池再将化学能转换回电能输出到照明灯。全天控制系统的电源一直由蓄电池供给。系统设计所设计的太阳能LED照明系统如图1所示。太阳能电池板在标准测试条件的参数为：短路电流，。。=5．35A，开路关键影Keywords电压U。。=46．0V，最大功率点电流L=太阳能‘4．78A，最大功率点电压U。：36．5v，蓄皂池。最大功率P。：165W

3、。蓄电池为12V、址u’200A·h的阀控式免维护铅酸蓄电池1照明‘块。与传统光源相比，LED光源具有发光效率高、寿命长、功耗小和安全可靠的特点，因此本系统采用了大功率LED作为光源，照明灯功率为32W。控制系统是太阳能LED照明系统的核心，是提28I嘭艺量‘钉·建筑电气·2009年第28卷第3期高太阳能蓄电池系统充放电效率、运行稳定性和使用寿命的关键。圈1太阳能LED照明系统本文设计的太阳能照明控制系统主要完成以下功能：(1)实现太阳能最大功率跟踪。对于一定的日照强度和环境温度，太阳能电池的输出存在一个最大功率点以及与最大功率点相对应的电压和电流。

4、当日照强度和环境温度变化时，太阳能电池阵列的输出特性随之变化，与之相对应的最大功率点也随之改变。为了获得太阳能电池的最大输出功率，必须通过调整充电电路的占空比对负载进行匹配来实现最大功率跟踪‘141。(2)依据蓄电池的特性合理充电。对于蓄电池来说，要求采用合理的充电方式以延长蓄电池的使用寿命和提高充电效率"’61。在对蓄电池的充电过程中不能超过蓄电池的电压和电流的上限，否则就会影响蓄电池的寿命。蓄电池在充满电后，保持电量的最好方法就是加一个浮充电压。浮充电压值既要足够大，能补偿蓄电池的放电电流；又不能太大，以免影响蓄电池的寿命。因此，为了高效合理地对

5、蓄电池充电，需要准确判断蓄电池的状态，对充电电压和电流进行精确地控制。(3)对LED灯进行恒流控制。本文选择了额定功率为1W，额定电流为350mA的白光LED作为光源。由LED的伏安特性可知，LED的驱动电流对电压很万方数据太阳能LiED路灯照明控制系统的设计敏感，微小的电压扰动将导致较大的电流变化，从而造成LED发光质量下降⋯。为了确保LED的发光效率，采用了恒流控制方法。控制系统的硬件实现控制系统以单片机AT89S52为控制核心，如图2所示。系统对太阳能电池电压U。。．．，、电流，。。。和蓄电池的电压u。。。。、电流，。。。以及LED灯驱动电流I

6、LED进行检测，并应用线性光耦合器将单片机控制系统与主电路隔离。电压的检测采用电阻分压方法，电流的检测应用霍尔电流传感器。霍尔电流传感器具有响应速度快与精度高的特点，可检测从直流到100kHz的各种波形信号，并能实现与主电路的隔离。对于蓄电池电流的检测要复杂一些，其原因是蓄电池的充放电电流方向相反，从而霍尔电流传感器相应地输出正、负电压信号，但本文采用的A／D只允许输入正信号。为了解决这一问题，采用了绝对值处理电路。数字量；耦量吕输出、转隔蹇驱动电壁_——高罢压避悬浮驱c■。__一。—-换离量—照数据电传输壁路儿—小单片机——_————＼广—]／AT

7、89S52呈光耦隔离电数字量隆——输出h光__——1,olⅣ耦隔％m。离检jt越eⅣ测电，I肋路___——I温度检测电路}_一围2控制系统硬件组成原理图温度检测采用了一线制温度传感器DSl8820。该传感器提供9位(二进制)温度读数指示，其供电电源由数据线本身提供而不需要外部电源。蓄电池的性能受其电解液温度的影响，然而蓄电池是密封的，无法接触到电解液，考虑到蓄电池电极具有较好的导热性，因而将传感器紧贴在电极上以测量的电极温度作为蓄电池的温度。太阳能LED照明系统的充、放电电路分别由Buck和Boost开关电路实现，电路的开关元件采用了MOSFET。开

8、关电路的运行需要PWM驱动。由于AT89S52单片机没有专用的片内PWM单元，因此系统采用了片外的SG352