太阳能LED路灯驱动器设计.doc

太阳能LED路灯驱动器设计 摘 要 基于恒流限压的功能，设计了一款较低功率的太阳能LED路灯驱动器。其硬件电路主要由电源电路，单片机电路，恒流限压控制部分，以及功率部分组成。软件部分利用C语言编写了相应的程序。最终做出实物，经测试能够输出恒定的电流值，且带有限压保护（限压值可调），一旦负载电压达到限压值即进入恒压供电状态，可有效保护负载。 【关键词】PID UC3843 BOOST 升压电路 近年来随着太阳能光伏发电技术和LED照明技术的发展，太阳能LED 路灯已进入了城市照明领域。LED作为照明光源与传统的照明光源相比具有直流低电压驱动、耗电量少、抗振动、寿命长、纳秒级的响应速度、设计空间大、环保、可连续开关闪断，能轻松实现0100%调光功能等优点，被认为是新一代的绿色照明设备。LED驱动结构是一个具有高开关频率的升压型DC-DC转换器，PWM调制的电流控制模式，非常合适于驱动大电流LED。 1 系统总体设计 本文设计的LED路灯驱动器系统结构如图1所示，整个系统主要分为BOOST升压电路、恒流限压控制电路、单片机及其外围设备、电源电路四个部分。系统采用BOOST升压斩波电路实现升压，UC3843构成电流型控制器，单片机选用宏晶科技生产的STC12C5204AD，采用由集成运放LM358组成的恒流限压控制电路。 本系统的电源部分完成对其余硬件电路的供电，保证其能够正常工作；单片机部分则主要接收用户输入的恒流值以及限压值，并通过单片机PWM的输出值作为基准电流，送到电流控制以及限压电路；而检测电压电流的反馈回路则实时采集当下的输出电压和输出电流，一方面送到单片机经AD转换后进行实时显示。另一方面则送给电流控制及限压部分作为反馈量与基准值进行比较，产生的偏差经PID运算后送到UC3843，实现不同占空比的PWM输出，最终使输出电流稳定在设定值。 2 硬件部分设计 硬件电路部分主要分为BOOST升压电路、控制电路、电源电路以及单片机电路四个功能模块。 2.1 BOOST升压电路 BOOST升压电路主要是根据接收到的一定的PWM占空比信号，实现升压功能。BOOST升压电路原理如图2所示。 2.2 控制电路 控制电路主要包括三部分：电流环部分、电压环部分以及UC3843控制输出部分。该部分主要的控制思想是基于自动控制原理中的反馈控制原理。在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用，是通过不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象的被控量进行控制的任务，因此反馈控制也称为偏差控制。在控制电路原理图中，运算产生的偏差信号经PID控制器运算后送到UC3843，产生一个动态的PWM占空比输出值，使输出电压动态的趋于设定值，并最终使输出电压稳定下来，等于或无限接近于设定值。 （1）电压环部分：该部分主要是将采集回来的输出电压的分压值SLV，与单片机发送过来的对应于设定电压值的电压值DYH进行比较，并将偏差信号经PID运算，得到一个输出电压，设定为U1。 （2）电流环部分：该部分首先将采集回来的反映输出电流的电压值SLI-与SLI+经差分放大后得到一个输出电压SILD，该电压值与单片机发送过来的对应于设定恒流值的电压值DLH进行比较，并将偏差信号经PID运算，得到一个输出电压，设定为U2。且将输出电压SILD送到单片机，经AD转换后，显示当前的电流值。 2.3 单片机电路 单片机部分主要完成的工作是进行恒流值以及限压值的设定，并输出与之相对应的电压值作为基准电压送到控制电路部分。并时刻显示当下的输出电压值和电流值，且在输出电压达到限压值时能够产生声光报警。单片机原理图如图4所示。该电路主要由以下几个功能单元电路组成单片机电路、数码管显示电路、按键电路、蜂鸣器指示灯电路以及PWM输出电路。 3 软件部分设计 本项目主要是设计一个恒流源，可以通过按键进行恒流值以及限压值的设定，且调整时既可按0.5V进行阶梯调整又可按0.1V进行精确的连续调整。主程序的主要功能是不间断地检测当前的输出电压以及输出电流，并将检测回来的值在数码管上循环显示，从而更直观地观察输出端负载上的电压和电流的变化情况。并能够通过对检测回来的电压电流值的大小判定外界电路是工作在恒流状态，还是工作在限压状态，并点亮相应的指示灯进行指示。主程序流程图如图5所示。 4 总结 STC12C5204AD单片机是一款性能优良的单片机，它不仅具备了8051单片机所具备的全部功能，而且还集成了如AD转换功能、PWM输出功能以及其它一些主流功能，适用领域较广，且外围硬件电路简单。就UC3843而言它是一个很好的能够应用于开关电源领域的PWM输出的集成电路，体积小，工作频率高，为设计人员提供只需最少外部元件就能获得成本效益高的解决方案。且其具有大电流图腾柱式输出的特点，因而是驱动功率MOSFET的理想芯片，特别适合于中小功率开关电源的开发。 参考文献 1 周志敏，周纪海.开关电源实用技术设计与应