双Buck太阳能LED路灯照明控制系统设计方案方案

太阳能作为一种取之不尽之竭的无污染的洁净能源被公认为未来解决能源危机的最有效能源LED灯具有寿命长、高效节能、环保等优势。因此，把太阳能与LED路灯有机地结合在一起，开发出太阳能LED灯明控制器非常重要。目前市场很多太阳能控制器，都是采用直充方式充电，没有对蓄电池进行管理控制，导致能源利用率不高性不强。本文所设计的基于STC12C5410AD的Buck照控制器，采用最大功率点充电，充分利用太阳能电池板的能量蓄池进行浮充充电止蓄电池假充满的现象LED路灯采用二段式的恒流控制以增强灯使用寿命现了一种环保节能的照明模式，解决了市场上一些太阳能控制器的缺陷，是一种性价较高的产品。系统原理双太能路照明控制系统原理图如图1所。系统包括阳能电池电压电流采集模块、同步Buck模、蓄电池路和STC智控制器。太阳能电池组件为系统提供能源通过采集太阳电池板上的电压来判别是白天夜当检测电池板的电压高于一定值时进入白天模式此时STC智能控制器通过所采集的太阳能电池板两端电压和充电电流，控制同步Buck工，实现对蓄电池的MPPTMaximumPower）充电，当蓄电池的电压达到一定值时，进入浮充充电模式，实时采集蓄电池两端的电压止蓄电池过充过放检测电池板的电压小于一定值时进入黑夜模式此时：打开并控制后级同步Buck电，实现对LED路的恒流控制。图1系统原理图本文研制的路灯照明控制系统主要应用场合是针对户外或者景观区地带用单个的并联个联组成一个18W的LED路灯，日作10个小时，前5个小时全功率P全=W工作，后个小时半功率P半）工作。福州地区峰值日照时数为峰=887（系统选用），假路灯系统需要保持的连续阴雨天数d为7天，两个续阴雨天之间的间隔数d间7天蓄电放电效率η放为，蓄电池放电深度D为0.75，这时电池的容量W蓄为：W蓄t全全+半P半放（5h×18W+5W÷90%÷0.75×7=1400Wh.所以选择12V、120Ah的铅酸蓄电池。设蓄电池充电效率充85%，则蓄池单

日所需的充电量W1为W1=t全全半÷放（间d间=（5）（）/7=300设太阳能电池板的峰值功率为，太阳能电池组件系统综合损失系数为，则W太η充t峰W1×1.1.W太85%×3.5h=300Wh×1.1.得太=，所以选择了一块峰值功率为115W的阳能电池板。系统硬件设计2.1充控2.1.1Buck电路太阳能最大功率点跟踪控制所需的模包括Buck、Boost-BuckCuk等拓扑方式，通过对四种电路方案的比较，本文选用Buck路。为追踪太阳能最大功率点实现最大能量利用，前级的DC-DC电曾采用四种Buck驱动方案：利用做。独立电源加光耦；基于IR2110的Buck电；于IR2104的同步Buck电。对四种驱动方案进了比较分析PMOS由导通阻抗较大PMOS发热严重作率低适于压值比较低作率要求不高的场合立源加光耦，需要制作一个独立电源来隔离光耦两边的地；使用IR2110高自举芯片做驱动，必须严格遵守工作所需的条件，需加电阻放掉Buck后储能滤波电容中的电，才能正常启动；基于IR2110的电，防反充二极管须加在Buck电输出端，在电流比较小的况下，工作尚可；当电流较大时，Buck电中续流二极管的消耗就会增加。为了减小续流二极管的损耗，最后选择了基于的步Buck电，其电路原理图如图所示。

图基IR2104同步Buck太能充电电路IR2104芯片部已经接有下拉电阻到地，其控制/SD当系统未开启工作时/SD置零，防止开关管误操作损害开关管和芯片；当系统正常工作时/SD置，能是PWM信输入端，LO是端管动输出HO是端管动输出IR2104高端利用自举电路的原理提供高压悬浮驱动由V铅蓄电池直接提供，通过自举二极管和自举电容期性地充放电到自举的目的IR2104最工作电压可达到600V，死区时间为520ns是同步Buck电管动的一可行性方案，能大大提高DC-DC转换效率。采用同步Buck电，在后级接一个防倒灌二极管给蓄电池充电，其工作良好。2.1.2电、电压采集电路太阳能充电电流采集采用电阻进行采样，并选取MAX4080TASA芯进行电压放大，放大倍数为20倍可检测到的最大电流达到8.3A.电采集采用电阻分压降压的采集方法模地加磁珠分以减小模拟地对系统的干扰采集上来的数据通过射随跟随器跟随，以提高所采集数据的精确度。2.1.3防电路采用双层防雷保护措施，选取压敏电阻接大地和控制前级Buck电使能端共同作用。当没有雷电时压电阻阻值比大；当有雷电时，压敏电阻阻值变小，高压脉冲通过压敏电阻到地，把能量通过大地流走。当系统检测到太阳电池板的电压降到一定值时，就把IR2104的制端置零，使Buck停工作，护后级电路不受雷电的影响。2.2放控LED路的驱动同样采用同步Buck电，其驱动控制电路如3所，通过检测采集

上来的电流信号单机控制号输出，实现恒流控制。采用同步Buck转效率可高达95%容易实现全功率、半功率及各个功率的输出控制。负载LED的流集采用MAX4080TASA，数字地和模拟地通过磁珠隔离，尽量减小地的扰，能够实现较好地恒流控制。图LED同Buck电系软件设计系统软件流程图如图示单机内部集成路发器和bit的转器，可直接实现输和转。系统实时采集太阳能电池板和蓄电池两端电压，当检测到太阳能电池板的电压大于V（6V是定白天标志值）时，延时3min在内实时监测电池板电压，3min后池板电压仍大于V则进入充电模式闭灯集蓄电池电压蓄电池两端的电压小于14.7V能前级Buck电路控制端，采集电压电流信号，控制单片机调WM输，采用双向扰动法实现最大功率点充电）采集的电流小于A时，进入固定电压法充电式，把太阳能电池板的电压输出稳在28V~32V之（选择端电压为V的阳能板蓄电池电压上升到V时转为浮充充电模式蓄池浮充电压设为V~13.8当池板的压降到6V时，置零前级的Buck电控制端延时min，3内时监测电池板电压。如果3min后采集上来的电压值还是小于6V则进入放电模式：使能后级Buck电路控制端，这时路灯点亮，全功率放电，延时小时后进入半功率放电模式，系统时刻监测天亮，天亮或延时小时结束，则路灯关闭。系统实时采集蓄电池电压，可保证过充和过放保护，防止蓄电池损害，实现无人值守工作。

图4软件流程图实验结果系统前级同步Buck电双MOS管驱波形如图所图可以看出做同步驱动的波形效果还是较好的，添加电阻限流和二极管加速M管电容的放电，进一步降低了开关损耗，提高了效率A为Q1管驱动波形图B为Q2驱动波形图，由于示波器的两个探头内部是相连的，所以图中AB形图都是相对于模拟地的。从图中可以看出，两种MOS管的驱动波形能得到很好的互补，能较好地控制同Buck工作，实现最大功率点跟踪。

图前同步Buck驱波形后级同步电中双管的动波形如图6所通过节占空比可以调节LED功率。为了合理利用蓄电池中的能量LED驱采用恒流驱动方式，全功为控制PWM波现A恒输半率控制PWM波现A恒流驱通软件调节各个时刻的输出功率。对基于的步路LED驱方案进行测试发现：当工作频率为20kHz、输出占空比为90%的时，蓄电池电压为，放电电流为ALED两电为10.199V，灯电电流为A效率高达95.03%.因此可以看出，这是LED恒流驱动的一种可行性方案。图后同步Buck驱波形本文研制的基于双Bu