太陽能景觀燈設(shè)計(jì)

1、太陽能景觀燈設(shè)計(jì)目錄n 太陽能景觀燈設(shè)計(jì)方案電路介紹太陽能景觀燈設(shè)計(jì)方案電路介紹n 光伏控件介紹光伏控件介紹n 充電電路設(shè)計(jì)介紹充電電路設(shè)計(jì)介紹n 放電電路設(shè)計(jì)介紹放電電路設(shè)計(jì)介紹n 具體電路設(shè)計(jì)方案和功能簡介具體電路設(shè)計(jì)方案和功能簡介n 光伏器件選擇優(yōu)化光伏器件選擇優(yōu)化太陽能景觀燈設(shè)計(jì)n （1）不需要使用外部供電環(huán)保節(jié)能。）不需要使用外部供電環(huán)保節(jié)能。n （2）可以獨(dú)立使用在多種場(chǎng)合，具有美觀和實(shí)用性。）可以獨(dú)立使用在多種場(chǎng)合，具有美觀和實(shí)用性。n （3）本次實(shí)驗(yàn)采用電路和設(shè)計(jì)程序達(dá)到一方面能夠?qū)㈦姡┍敬螌?shí)驗(yàn)采用電路和設(shè)計(jì)程序達(dá)到一方面能夠?qū)㈦姵匕迥芰孔畲笙蘖康拇鎯?chǔ)（電導(dǎo)增量法獲得最大功率追

2、蹤池板能量最大限量的存儲(chǔ)（電導(dǎo)增量法獲得最大功率追蹤和三步法充電）另一方面對(duì)負(fù)載供電中可以節(jié)能控制輸出。和三步法充電）另一方面對(duì)負(fù)載供電中可以節(jié)能控制輸出。n （4）通過實(shí)際測(cè)試當(dāng)?shù)氐年柟猸h(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，在保證）通過實(shí)際測(cè)試當(dāng)?shù)氐年柟猸h(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，在保證滿滿足負(fù)載供電需要的前提下足負(fù)載供電需要的前提下, 確定使用的太陽能電池組件功確定使用的太陽能電池組件功率和蓄電池組件容量最小率和蓄電池組件容量最小, 以盡量減少初始投資以盡量減少初始投資。n （5）在控制電路設(shè)計(jì)過程中使用改進(jìn)后的）在控制電路設(shè)計(jì)過程中使用改進(jìn)后的BUCK降壓電降壓電路能夠更好的控制占空比調(diào)節(jié)路能夠更好的控制占空比調(diào)節(jié)PWM驅(qū)動(dòng)

3、對(duì)蓄電池充電，驅(qū)動(dòng)對(duì)蓄電池充電，不需要另外附加計(jì)時(shí)電路，且在陰雨天可以根據(jù)需要控制不需要另外附加計(jì)時(shí)電路，且在陰雨天可以根據(jù)需要控制開啟或者關(guān)閉。開啟或者關(guān)閉。n （6）通過程序控制電壓來調(diào)控景觀燈顏色和亮度變化。）通過程序控制電壓來調(diào)控景觀燈顏色和亮度變化。設(shè)計(jì)電路方案圖電池板電池U-I檢測(cè)單片機(jī)控制蓄電池DC-DC升壓負(fù)載DC-DC降壓電路說明本次設(shè)計(jì)采用：本次設(shè)計(jì)采用：（1）通過檢測(cè)電池板）通過檢測(cè)電池板U-I曲線用電導(dǎo)增量的方法獲曲線用電導(dǎo)增量的方法獲得最大功率點(diǎn)跟蹤。程序較為復(fù)雜但可以更加精得最大功率點(diǎn)跟蹤。程序較為復(fù)雜但可以更加精確的提高電池板能量的存儲(chǔ)量。確的提高電池板能量的存儲(chǔ)

4、量。（2）對(duì)蓄電池充電當(dāng)中使用三步法，即）對(duì)蓄電池充電當(dāng)中使用三步法，即MPPT充電，充電，恒壓充電，浮充，一方面提高充電效率另一方面恒壓充電，浮充，一方面提高充電效率另一方面提高電池使用壽命。提高電池使用壽命。（3）利用單片機(jī)編程可以控制景觀燈亮度變化和顏）利用單片機(jī)編程可以控制景觀燈亮度變化和顏色轉(zhuǎn)換。色轉(zhuǎn)換。（4）通過檢測(cè)蓄電池的）通過檢測(cè)蓄電池的U-I輸入到單片機(jī)中通過控輸入到單片機(jī)中通過控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的調(diào)控，以免欠壓狀態(tài)下蓄電池制來實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的調(diào)控，以免欠壓狀態(tài)下蓄電池?fù)p壞。損壞。（5）單片機(jī)控制電壓由蓄電池提供。）單片機(jī)控制電壓由蓄電池提供。光伏控制器介紹 光伏控制器是光伏控制器

5、是太陽能光伏發(fā)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，能電系統(tǒng)中，能自動(dòng)防止蓄電自動(dòng)防止蓄電池組過充電和池組過充電和過放電并具有過放電并具有簡單測(cè)量功能簡單測(cè)量功能的電子設(shè)備的電子設(shè)備。 注：開關(guān)器件，可以是繼電器，也可以是MOSFET模塊。但PWM脈寬調(diào)制控制器，只能用MOSFET模塊作為開關(guān)器件。 光伏控制器分類（1 1）并聯(lián)型控制器：當(dāng)蓄電池充滿時(shí)，利用電子部）并聯(lián)型控制器：當(dāng)蓄電池充滿時(shí)，利用電子部件把光伏陣列的輸出分流到內(nèi)部并聯(lián)電阻器或功件把光伏陣列的輸出分流到內(nèi)部并聯(lián)電阻器或功率模塊上去，然后以熱的形式消耗掉。（用于小率模塊上去，然后以熱的形式消耗掉。（用于小型、低功率系統(tǒng)電流在型、低功率系統(tǒng)電流在

6、2A2A以內(nèi)）以內(nèi)）（2 2）串聯(lián)型控制器：利用機(jī)械繼電器控制充電過程，）串聯(lián)型控制器：利用機(jī)械繼電器控制充電過程，并在夜間切斷光伏陣列（用于較高功率系統(tǒng)電流并在夜間切斷光伏陣列（用于較高功率系統(tǒng)電流在在4A5A4A5A以上的串聯(lián)控制器）以上的串聯(lián)控制器）光伏控制器分類（3）脈寬調(diào)制型控制器：它以脈寬調(diào)制型控制器：它以PWM脈沖方式開關(guān)脈沖方式開關(guān)光伏陣列的輸入。當(dāng)蓄電池趨向充滿時(shí)，脈沖的光伏陣列的輸入。當(dāng)蓄電池趨向充滿時(shí)，脈沖的頻率和時(shí)間縮短。頻率和時(shí)間縮短。（這種充電過程形成較完整的（這種充電過程形成較完整的充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池的總循環(huán)充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池的總循

7、環(huán)壽命）壽命）（4）智能型控制器：）智能型控制器： 采用帶采用帶CPU的單片機(jī)對(duì)光伏的單片機(jī)對(duì)光伏電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)采集，并按照電源系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行高速實(shí)時(shí)采集，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程序?qū)温坊蚨嗦饭夥囈欢ǖ目刂埔?guī)律由軟件程序?qū)温坊蚨嗦饭夥嚵羞M(jìn)行切離列進(jìn)行切離/接通控制。接通控制。光伏控制器分類（5 5）最大功率跟蹤最大功率跟蹤（MPPTMPPT）型控制器型控制器：根據(jù)調(diào)整：根據(jù)調(diào)整MPPTMPPT，采用采用PWMPWM調(diào)制方式，使充電電流成為脈沖電調(diào)制方式，使充電電流成為脈沖電流，以減少蓄電池的極化，提高充電效率。流，以減少蓄電池的極化，提高充電效率。注：在實(shí)際工作

8、研發(fā)過程中（4）和（5）使用較多，一方面可以提高電池能量利用率，另一方面可以更好控制與逆變器蓄電池之間的連接與控制。光伏控制器功能n （1）高壓（）高壓（HVD）斷開和恢復(fù)功能）斷開和恢復(fù)功能n （2）欠壓（）欠壓（LVG）告警和恢復(fù)功能）告警和恢復(fù)功能n （3） 低壓（低壓（LVD）斷開和恢復(fù)功能）斷開和恢復(fù)功能n （4） 保護(hù)功能：保護(hù)功能：n 防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。n 防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。n 防止夜間蓄電池通過太陽電池組件反向放電保護(hù)。防止夜間蓄電池通過太陽電池組件反向放電保護(hù)。n 防止負(fù)載、太陽電池組件或

9、蓄電池極性反接的電防止負(fù)載、太陽電池組件或蓄電池極性反接的電路保護(hù)。路保護(hù)。n 在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護(hù)。在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護(hù)。n （5）溫度補(bǔ)償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于）溫度補(bǔ)償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于25時(shí)，蓄電池時(shí)，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓，以便完成充電過程。相反，高于應(yīng)要求較高的充電電壓，以便完成充電過程。相反，高于該溫度蓄電池要求充電電壓較低。該溫度蓄電池要求充電電壓較低。充放電電路設(shè)計(jì)n 1.1.在充電電路部分，在充電電路部分，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了太陽能電池組件的最了太陽能電池組件的最大功率點(diǎn)跟蹤和蓄電池充電策略的優(yōu)化。設(shè)計(jì)了大功率點(diǎn)跟蹤和蓄電池充電策略的優(yōu)化。設(shè)計(jì)了基

10、于基于 Buck Buck 型的型的 DC-DC DC-DC 電路，采用了電導(dǎo)增量法電路，采用了電導(dǎo)增量法實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)的跟蹤。基于實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)的跟蹤?；?Buck Buck 電路，對(duì)電路，對(duì)蓄電池實(shí)施了三階段充電方法。在充電過程中，蓄電池實(shí)施了三階段充電方法。在充電過程中，充電電流的變化趨勢(shì)符合鉛酸蓄電池的馬斯充電充電電流的變化趨勢(shì)符合鉛酸蓄電池的馬斯充電曲線，具備一定的科學(xué)性。曲線，具備一定的科學(xué)性。n 2 2. .在放電電路部分，結(jié)合控制器硬件電路，設(shè)計(jì)在放電電路部分，結(jié)合控制器硬件電路，設(shè)計(jì)了恒流源驅(qū)動(dòng)電路，通過驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，保證了恒流源驅(qū)動(dòng)電路，通過驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，保證蓄電

11、池穩(wěn)定的輸出恒流，優(yōu)化了系統(tǒng)的可靠性，蓄電池穩(wěn)定的輸出恒流，優(yōu)化了系統(tǒng)的可靠性，增強(qiáng)了蓄電池的使用壽命。增強(qiáng)了蓄電池的使用壽命。n 3.考慮到太陽能控制器自身的功耗和效率，本課考慮到太陽能控制器自身的功耗和效率，本課題摒棄了一些傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，采用了多題摒棄了一些傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，采用了多 MOSFET 功率管相融合的技術(shù)，設(shè)計(jì)出了安全、功率管相融合的技術(shù)，設(shè)計(jì)出了安全、高效的電源防反接電路、防反充電路、過流保護(hù)高效的電源防反接電路、防反充電路、過流保護(hù)以及自恢復(fù)式的短路保護(hù)，提高了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行以及自恢復(fù)式的短路保護(hù)，提高了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。的可靠性與穩(wěn)定性。n 4.完成了基于完成了

12、基于 MSP430F235 太陽能控制器的硬件太陽能控制器的硬件電路設(shè)計(jì)、電路板的繪制和電路的焊接，并且利電路設(shè)計(jì)、電路板的繪制和電路的焊接，并且利用用 C 語言編制了相應(yīng)的控制程序，實(shí)現(xiàn)了太陽能語言編制了相應(yīng)的控制程序，實(shí)現(xiàn)了太陽能路燈控制器的充、放電控制功能路燈控制器的充、放電控制功能。獨(dú)立太陽能路燈照明系統(tǒng)中?；趯?shí)際的需求，設(shè)計(jì)功能如下：1.充電模塊功能：1) 具有過充自動(dòng)關(guān)斷、恢復(fù)功能。2) 具有防反接、防反充保護(hù)，防雷擊功能。3) 具有指示功能：太陽能電池組件的充電指示功能、蓄電池電壓狀態(tài)指示功能。4) 多模式充電功能：采用了多種充電模式，充分利用了太陽能電池組件，并且保證蓄電池工

13、作在最佳狀態(tài)，延長了電池的壽命。5) 顯示功能：用八段碼顯示各種工作模式，方便用戶的檢測(cè)和維護(hù)，使用戶在使用的時(shí)候盡可能的操作方便、可靠、安全。n 2.放電模塊功能：放電模塊功能：n 1) 具有過放自動(dòng)關(guān)斷、恢復(fù)功能，負(fù)載過流保護(hù)具有過放自動(dòng)關(guān)斷、恢復(fù)功能，負(fù)載過流保護(hù)和短路保護(hù)的功能。和短路保護(hù)的功能。n 2) 具有防反接、防雷擊的功能。具有防反接、防雷擊的功能。n 3) 指示功能：負(fù)載工作狀態(tài)功能指示和故障指示指示功能：負(fù)載工作狀態(tài)功能指示和故障指示功能。功能。n 4) 恒流驅(qū)動(dòng)功能：該功能保證了負(fù)載供電的穩(wěn)定恒流驅(qū)動(dòng)功能：該功能保證了負(fù)載供電的穩(wěn)定性以及可靠性。性以及可靠性。獨(dú)立照明系統(tǒng)

14、需求n 獨(dú)立照明系統(tǒng)由太陽能電池組件、蓄電池、控制獨(dú)立照明系統(tǒng)由太陽能電池組件、蓄電池、控制器和器和 LED 燈這四個(gè)部分所組成。燈這四個(gè)部分所組成。n 太陽能電池組件是整個(gè)系統(tǒng)的能量來源，它將太太陽能電池組件是整個(gè)系統(tǒng)的能量來源，它將太陽的輻射能轉(zhuǎn)化為電能陽的輻射能轉(zhuǎn)化為電能。n 蓄電池是路燈照明系統(tǒng)當(dāng)中的儲(chǔ)能設(shè)備。它的性蓄電池是路燈照明系統(tǒng)當(dāng)中的儲(chǔ)能設(shè)備。它的性能和系統(tǒng)的充電方式有很大的關(guān)系，只有結(jié)合蓄能和系統(tǒng)的充電方式有很大的關(guān)系，只有結(jié)合蓄電池的性能選擇最合適充電方式，才可以最大限電池的性能選擇最合適充電方式，才可以最大限度安全、可靠的使用蓄電池。度安全、可靠的使用蓄電池。n 本系統(tǒng)選

15、用了鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備。本系統(tǒng)選用了鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備。LED燈性能n LED 燈當(dāng)中的發(fā)光二極管主要由燈當(dāng)中的發(fā)光二極管主要由 PN 結(jié)芯片、光學(xué)系統(tǒng)、結(jié)芯片、光學(xué)系統(tǒng)、電極組成。其優(yōu)點(diǎn)如下：電極組成。其優(yōu)點(diǎn)如下：1節(jié)能：節(jié)能：LED 發(fā)光顏色更接近于自然光，與高壓鈉燈相比，發(fā)光顏色更接近于自然光，與高壓鈉燈相比，人眼感到同樣亮度時(shí)所需的光強(qiáng)就低很多。人眼感到同樣亮度時(shí)所需的光強(qiáng)就低很多。2長壽：由于大功率長壽：由于大功率 LED 路燈是由很多路燈是由很多 LED 光源組成，光源組成，即使個(gè)別的損壞了也不會(huì)對(duì)正常照明產(chǎn)生太大影響，不像即使個(gè)別的損壞了也不會(huì)對(duì)正常照明產(chǎn)生太大影響，不像

16、高壓鈉燈損壞時(shí)全部燈熄滅，大功率高壓鈉燈損壞時(shí)全部燈熄滅，大功率 LED 路燈壽命長達(dá)路燈壽命長達(dá) 5 萬小時(shí)，是高壓鈉燈的十幾倍，戶外使用壽命長達(dá)萬小時(shí)，是高壓鈉燈的十幾倍，戶外使用壽命長達(dá) 10 年以上。年以上。3顯色性好：大功率顯色性好：大功率 LED 路燈顯色性大大高于高壓鈉燈，路燈顯色性大大高于高壓鈉燈，高壓鈉燈以金屬鈉蒸汽為發(fā)光源，光線呈單一偏黃，與陽高壓鈉燈以金屬鈉蒸汽為發(fā)光源，光線呈單一偏黃，與陽光相差甚遠(yuǎn)，而光相差甚遠(yuǎn)，而 LED 路燈發(fā)出的是白色光，色彩更真實(shí)，路燈發(fā)出的是白色光，色彩更真實(shí)，也不存在危害性的紫外光線和紅外光線，不吸引昆蟲。也不存在危害性的紫外光線和紅外光線

17、，不吸引昆蟲。4無頻閃：大功率無頻閃：大功率 LED 路燈采用直流供電，加上路燈采用直流供電，加上光電獨(dú)有的恒流裝置，使大功率光電獨(dú)有的恒流裝置，使大功率 LED 路燈發(fā)光恒路燈發(fā)光恒定，徹底無閃爍。定，徹底無閃爍。5快速響應(yīng)：高壓鈉燈等高強(qiáng)度氣體放電燈有延遲快速響應(yīng)：高壓鈉燈等高強(qiáng)度氣體放電燈有延遲效應(yīng)，要在點(diǎn)燃效應(yīng)，要在點(diǎn)燃 15 分鐘后才能達(dá)到其分鐘后才能達(dá)到其 90%100%光通量，而大功率光通量，而大功率 LED 路燈通電即可達(dá)到路燈通電即可達(dá)到正常亮度，無開燈正常亮度，無開燈28 智能型太陽能路燈控制器的智能型太陽能路燈控制器的研制延時(shí)現(xiàn)象。研制延時(shí)現(xiàn)象。6安全：安全：LED 照明

18、是一種固態(tài)照明，可以有效的照明是一種固態(tài)照明，可以有效的防震，對(duì)于類似震動(dòng)比較大的高速公路及對(duì)安全防震，對(duì)于類似震動(dòng)比較大的高速公路及對(duì)安全性要求更高的隧道和礦井等尤其適用。性要求更高的隧道和礦井等尤其適用。7優(yōu)良的散熱性能：低熱阻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的散優(yōu)良的散熱性能：低熱阻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的散熱設(shè)計(jì)，保證了熱設(shè)計(jì)，保證了 LED 的的 PN 結(jié)結(jié)溫度不會(huì)超過結(jié)結(jié)溫度不會(huì)超過 75度度，從而保證了，從而保證了 LED 的發(fā)光效率和工作壽命。的發(fā)光效率和工作壽命。控制器對(duì)LED負(fù)載作用n 控制器部分由充電電路、放電電路、電流電壓檢控制器部分由充電電路、放電電路、電流電壓檢測(cè)電路和測(cè)電路和 MCU

19、以及輔助電路等部分組成。以及輔助電路等部分組成。n 一般太陽能電池組件輸出的電壓不穩(wěn)定，鉛酸蓄一般太陽能電池組件輸出的電壓不穩(wěn)定，鉛酸蓄電池和電池和 LED 燈的壽命也受到諸多條件的影響。因燈的壽命也受到諸多條件的影響。因此，不能直接將太陽能電池組件聯(lián)接此，不能直接將太陽能電池組件聯(lián)接 LED 燈，也燈，也不便直接給儲(chǔ)能設(shè)備蓄電池充電，不當(dāng)?shù)某潆姺讲槐阒苯咏o儲(chǔ)能設(shè)備蓄電池充電，不當(dāng)?shù)某潆姺绞綍?huì)對(duì)式會(huì)對(duì) LED 燈和蓄電池造成嚴(yán)重影響，縮短了使燈和蓄電池造成嚴(yán)重影響，縮短了使用壽命，降低了穩(wěn)定性和可靠性。在本系統(tǒng)中，用壽命，降低了穩(wěn)定性和可靠性。在本系統(tǒng)中，鉛酸蓄電池和鉛酸蓄電池和 LED燈的成

20、本占很大的比例，如果燈的成本占很大的比例，如果這兩者不能得到很好保護(hù)，通常會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)這兩者不能得到很好保護(hù)，通常會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要采用相關(guān)的電力電子電路，濟(jì)損失。因此，需要采用相關(guān)的電力電子電路，先將太陽能電池組件產(chǎn)生的電能以一定的方式儲(chǔ)先將太陽能電池組件產(chǎn)生的電能以一定的方式儲(chǔ)存到鉛酸蓄電池中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再控制蓄電池存到鉛酸蓄電池中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再控制蓄電池向負(fù)載向負(fù)載 LED 放電?？刂破髟谶@個(gè)過程中起著樞紐放電。控制器在這個(gè)過程中起著樞紐作用，決定著系統(tǒng)使用性能的好壞。作用，決定著系統(tǒng)使用性能的好壞。照明系統(tǒng)電路n 基于實(shí)際系統(tǒng)的需求，我們?cè)诖诉x用美國德州儀基于實(shí)際系

21、統(tǒng)的需求，我們?cè)诖诉x用美國德州儀器（器（TI）公司設(shè)計(jì)的）公司設(shè)計(jì)的 MSP430F235 作為作為 MCU。這是德州儀器這是德州儀器 1996年推向市場(chǎng)的一種年推向市場(chǎng)的一種 16 位低功位低功耗的混合信號(hào)處理器，耗的混合信號(hào)處理器，3.3V 電源供電，其活動(dòng)模電源供電，其活動(dòng)模式耗電式耗電 250A/MIPS(MIPS：每秒百萬條指令數(shù)：每秒百萬條指令數(shù))，IO 輸入端口的漏電流最大僅輸入端口的漏電流最大僅 50nA。具有。具有 16 位位 RISC 結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，125ns指令周期，具有很高的指令執(zhí)指令周期，具有很高的指令執(zhí)行速度和效率。內(nèi)部集成有行速度和效率。內(nèi)部集成有 12 位精度位精

22、度 A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，可選擇同步和異步串行通信接口。內(nèi)置溫度器，可選擇同步和異步串行通信接口。內(nèi)置溫度測(cè)試電路，可方便地實(shí)現(xiàn)傳感器的溫度補(bǔ)償。測(cè)試電路，可方便地實(shí)現(xiàn)傳感器的溫度補(bǔ)償。n 在在 MSP430F235 單片機(jī)的外圍，設(shè)計(jì)了輔助電單片機(jī)的外圍，設(shè)計(jì)了輔助電路、電流電壓檢測(cè)電路、充電模塊、放電模塊、路、電流電壓檢測(cè)電路、充電模塊、放電模塊、按鍵和顯示電路等幾部分按鍵和顯示電路等幾部分。n 充電電路要求能夠通過改變開關(guān)管的占空比而改充電電路要求能夠通過改變開關(guān)管的占空比而改變光伏電池的工作點(diǎn)，完成蓄電池三個(gè)階段的充變光伏電池的工作點(diǎn)，完成蓄電池三個(gè)階段的充電。電。n 在放電電路中，在放

23、電電路中，通過單片機(jī)通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)將完成對(duì)功率器件開通與關(guān)斷的控制。為了提高將完成對(duì)功率器件開通與關(guān)斷的控制。為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性，需要有負(fù)載保護(hù)電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性，需要有負(fù)載保護(hù)電路，主要分為過流保護(hù)和短路保護(hù)電路。過流保路，主要分為過流保護(hù)和短路保護(hù)電路。過流保護(hù)通過檢測(cè)放電電流的大小，以軟件保護(hù)的方式護(hù)通過檢測(cè)放電電流的大小，以軟件保護(hù)的方式來報(bào)警并采取相應(yīng)的切斷放電回路的保護(hù)動(dòng)作來報(bào)警并采取相應(yīng)的切斷放電回路的保護(hù)動(dòng)作。MCU外圍電路最大功率控制（MPPT） 為了提高太陽電池板產(chǎn)生的電能能夠最大限度的儲(chǔ)為了提高太陽電池板產(chǎn)生的電能能夠

24、最大限度的儲(chǔ)存和利用一般設(shè)計(jì)最大功率控制追蹤獲得最大功存和利用一般設(shè)計(jì)最大功率控制追蹤獲得最大功率點(diǎn)。率點(diǎn)。（1）恒定電壓控制法恒定電壓控制法（太陽能電池的最大功率點(diǎn)（太陽能電池的最大功率點(diǎn)電壓是其開路電壓的電壓是其開路電壓的76%左右）左右）（2）曲線擬合法：將太陽能電池組件的輸出特性）曲線擬合法：將太陽能電池組件的輸出特性測(cè)量出來測(cè)量出來,同時(shí)用數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行描述的方法。同時(shí)用數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行描述的方法。n (3)導(dǎo)納微分法導(dǎo)納微分法：認(rèn)為在太陽能電池陣列的最大功：認(rèn)為在太陽能電池陣列的最大功率點(diǎn)處率點(diǎn)處,輸出功率對(duì)輸出電壓的一階導(dǎo)數(shù)為零輸出功率對(duì)輸出電壓的一階導(dǎo)數(shù)為零。n (4)擾動(dòng)觀察法

25、擾動(dòng)觀察法其基本思想就是控制充擾動(dòng)觀察法擾動(dòng)觀察法其基本思想就是控制充電電路開關(guān)信號(hào)的占空比電電路開關(guān)信號(hào)的占空比,使之增大或者減少使之增大或者減少,從而從而改變電路的輸出功率改變電路的輸出功率,根據(jù)功率的變化來決定對(duì)占根據(jù)功率的變化來決定對(duì)占空比的控制空比的控制,是讓其減小還是讓其增大是讓其減小還是讓其增大n 恒定電壓控制法恒定電壓控制法這種方法忽略了太陽能電池溫度這種方法忽略了太陽能電池溫度對(duì)自身最大功率點(diǎn)的影響對(duì)自身最大功率點(diǎn)的影響。n 曲線擬合法缺點(diǎn)是受限于復(fù)雜因素的影響曲線擬合法缺點(diǎn)是受限于復(fù)雜因素的影響,比如溫比如溫度，老化以及電池的擊穿等度，老化以及電池的擊穿等,不容易測(cè)量。不容

26、易測(cè)量。n 擾動(dòng)觀察法的缺點(diǎn)是擾動(dòng)觀察法的缺點(diǎn)是系統(tǒng)必須引入擾動(dòng)造成了能量的損失，系統(tǒng)必須引入擾動(dòng)造成了能量的損失，降低了太陽能電池組件的工作效率。其次，步長的選擇很降低了太陽能電池組件的工作效率。其次，步長的選擇很難取到合適值。難取到合適值。n 電導(dǎo)增量法的優(yōu)點(diǎn)在于在日照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，太陽能電電導(dǎo)增量法的優(yōu)點(diǎn)在于在日照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，太陽能電池陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，而且穩(wěn)態(tài)的池陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，而且穩(wěn)態(tài)的電壓振蕩也較擾動(dòng)觀察法小。電壓振蕩也較擾動(dòng)觀察法小。n 通過比較之后，無論光強(qiáng)強(qiáng)度和溫度如何變化，電導(dǎo)增量通過比較之后，無論光強(qiáng)強(qiáng)度和溫度如何變化，電導(dǎo)

27、增量法總能夠快速的實(shí)現(xiàn)太陽能電池組件的最大功率點(diǎn)跟蹤。法總能夠快速的實(shí)現(xiàn)太陽能電池組件的最大功率點(diǎn)跟蹤。同時(shí)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，太陽能電池組件的工作電壓十分穩(wěn)定，同時(shí)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，太陽能電池組件的工作電壓十分穩(wěn)定，工作點(diǎn)波動(dòng)非常小。于是，在我們的工作點(diǎn)波動(dòng)非常小。于是，在我們的 MPPT 大電流充電大電流充電過程中，我們選擇了電導(dǎo)增量法。過程中，我們選擇了電導(dǎo)增量法。電導(dǎo)增量法充電控制策略設(shè)計(jì)n 本課題設(shè)計(jì)并使用了新的智能充電策略：三階段充電法。本課題設(shè)計(jì)并使用了新的智能充電策略：三階段充電法。三階段充電法的優(yōu)勢(shì)在于：既能提高了充電的效率，同時(shí)三階段充電法的優(yōu)勢(shì)在于：既能提高了充電的效率，同時(shí)又保護(hù)了電

28、池容量和壽命，充電曲線近似于馬斯最佳充電又保護(hù)了電池容量和壽命，充電曲線近似于馬斯最佳充電曲線。曲線。n 路燈照明系統(tǒng)中，蓄電池處于循環(huán)使用狀態(tài)，白天的時(shí)候，路燈照明系統(tǒng)中，蓄電池處于循環(huán)使用狀態(tài)，白天的時(shí)候，光照充足，負(fù)載光照充足，負(fù)載 LED 燈關(guān)閉，蓄電池處于充電狀態(tài)。判燈關(guān)閉，蓄電池處于充電狀態(tài)。判斷此時(shí)蓄電池的電量，當(dāng)蓄電池處于欠壓時(shí)，首先在第一斷此時(shí)蓄電池的電量，當(dāng)蓄電池處于欠壓時(shí)，首先在第一階段進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤（階段進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）充電，這個(gè)階段充電）充電，這個(gè)階段充電電流比較大，電池的大部分電能在這一階段恢復(fù)。實(shí)驗(yàn)表電流比較大，電池的大部分電能在這一階段恢復(fù)。實(shí)

29、驗(yàn)表明，以明，以 MPPT 充電到限壓點(diǎn)時(shí)，只能充進(jìn)約充電到限壓點(diǎn)時(shí)，只能充進(jìn)約 80%的容量，的容量，于是進(jìn)入第二階段。第二階段為恒壓充電，在第二階段中，于是進(jìn)入第二階段。第二階段為恒壓充電，在第二階段中，將補(bǔ)充剩余的大約將補(bǔ)充剩余的大約 20%的電量。恒壓充電結(jié)束后，充電的電量。恒壓充電結(jié)束后，充電器應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入第三階段，即浮充電過程。根據(jù)電池的自放器應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入第三階段，即浮充電過程。根據(jù)電池的自放電特性，浮充電速率很低，使用電特性，浮充電速率很低，使用 PWM 脈沖充電，充電器脈沖充電，充電器將給電池補(bǔ)充電荷，這樣蓄電池就可以處于充足電狀態(tài)。將給電池補(bǔ)充電荷，這樣蓄電池就可以處于充足電狀態(tài)

30、。三階段充電曲線充電原理框圖n 太陽能電池組件輸出直流電壓，先經(jīng)過輸入濾波，太陽能電池組件輸出直流電壓，先經(jīng)過輸入濾波，然后通過然后通過 Buck 電路的電路的 DC/DC 變換，再經(jīng)過輸變換，再經(jīng)過輸出濾波，這樣就得到了滿足負(fù)載所需求的直流輸出濾波，這樣就得到了滿足負(fù)載所需求的直流輸出電壓，并且完成了能量的傳遞。電流電壓檢測(cè)出電壓，并且完成了能量的傳遞。電流電壓檢測(cè)電路負(fù)責(zé)對(duì)太陽能組件和蓄電池端電壓，進(jìn)行采電路負(fù)責(zé)對(duì)太陽能組件和蓄電池端電壓，進(jìn)行采樣，通過采樣之后，傳入單片機(jī)樣，通過采樣之后，傳入單片機(jī) ADC 采樣端口。采樣端口。單片機(jī)單片機(jī)MSP430F235 作為核心，控制算法軟件運(yùn)作

31、為核心，控制算法軟件運(yùn)算后，再從算后，再從 PWM 輸出端口送出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)輸出端口送出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，最終由驅(qū)動(dòng)電路完成對(duì)功率器件開通、關(guān)電路，最終由驅(qū)動(dòng)電路完成對(duì)功率器件開通、關(guān)斷的控制。斷的控制。n Buck 變換器設(shè)計(jì)中，主功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路的變換器設(shè)計(jì)中，主功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)很重要，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的好壞將影響整個(gè)電設(shè)計(jì)很重要，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的好壞將影響整個(gè)電路的工作性能及可靠性。路的工作性能及可靠性。Buck電路驅(qū)動(dòng)電路充電流程圖n 三階段充電控制流程如下：三階段充電控制流程如下： 首先，第一階段為首先，第一階段為 MPPT 大電流充電階段。在前大電流充電階段。在前面介紹過，

32、在本課題中面介紹過，在本課題中 MPPT大電流充電采用了大電流充電采用了電導(dǎo)增量法。本方法跟蹤比較穩(wěn)定，并且精度比電導(dǎo)增量法。本方法跟蹤比較穩(wěn)定，并且精度比較高。它要求在較高。它要求在 MPP 點(diǎn)功率對(duì)電壓求導(dǎo)為零，點(diǎn)功率對(duì)電壓求導(dǎo)為零，在功率對(duì)電壓導(dǎo)數(shù)大于零的區(qū)域增加電壓，而在在功率對(duì)電壓導(dǎo)數(shù)大于零的區(qū)域增加電壓，而在功率對(duì)電壓導(dǎo)數(shù)小于零的區(qū)域減小電壓，在接近功率對(duì)電壓導(dǎo)數(shù)小于零的區(qū)域減小電壓，在接近于零的區(qū)域保持不變，這樣就可以找到最大功率于零的區(qū)域保持不變，這樣就可以找到最大功率點(diǎn)。點(diǎn)。MPPT占空比調(diào)整n 在第二階段是恒壓充電，第三階段則是浮充電。在第二階段是恒壓充電，第三階段則是浮充

33、電。在這兩個(gè)階段中，都是以恒壓進(jìn)行充電，不同的在這兩個(gè)階段中，都是以恒壓進(jìn)行充電，不同的是浮充電的電壓非常小。在這樣的過程中，首先是浮充電的電壓非常小。在這樣的過程中，首先通過電流電壓檢測(cè)電路采集太陽能電池組件端電通過電流電壓檢測(cè)電路采集太陽能電池組件端電壓，將其與期望值進(jìn)行比較，得到差值壓，將其與期望值進(jìn)行比較，得到差值 U，進(jìn)行，進(jìn)行比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的控制，得到比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的控制，得到 MOSFET 的的占空比的變化量占空比的變化量 D，進(jìn)而得到下一步的控制占空，進(jìn)而得到下一步的控制占空比，從而使充電電壓恒定。比，從而使充電電壓恒定。恒壓充電流程n 由由 LED 燈的特性可知：光源

34、系統(tǒng)的穩(wěn)定性與驅(qū)動(dòng)燈的特性可知：光源系統(tǒng)的穩(wěn)定性與驅(qū)動(dòng)電源有很大的關(guān)系，瞬態(tài)的電流或電壓尖峰等許電源有很大的關(guān)系，瞬態(tài)的電流或電壓尖峰等許多因素都很容易對(duì)其造成損壞。驅(qū)動(dòng)電源的性能多因素都很容易對(duì)其造成損壞。驅(qū)動(dòng)電源的性能直接影響整個(gè)光源系統(tǒng)的工作壽命、穩(wěn)定性等性直接影響整個(gè)光源系統(tǒng)的工作壽命、穩(wěn)定性等性能。能。n 采用恒流源驅(qū)動(dòng)可以合理的使用電池的存儲(chǔ)能量，采用恒流源驅(qū)動(dòng)可以合理的使用電池的存儲(chǔ)能量，既可以保護(hù)蓄電池壽命，又能夠穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)既可以保護(hù)蓄電池壽命，又能夠穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng) LED 燈發(fā)光。恒流源驅(qū)動(dòng)控制電流大小，電流的大小燈發(fā)光。恒流源驅(qū)動(dòng)控制電流大小，電流的大小又控制著光照的亮度，恒流

35、源驅(qū)動(dòng)為又控制著光照的亮度，恒流源驅(qū)動(dòng)為 LED 燈的放燈的放電提供了高質(zhì)量、高效率、高可靠性的準(zhǔn)備。電提供了高質(zhì)量、高效率、高可靠性的準(zhǔn)備。放電原理框圖n 當(dāng)在夜間的時(shí)候，蓄電池通過放電電路給負(fù)載當(dāng)在夜間的時(shí)候，蓄電池通過放電電路給負(fù)載 LED 燈供電。燈供電。 首先，當(dāng)開關(guān)電路開通，蓄電池的電流可以通過首先，當(dāng)開關(guān)電路開通，蓄電池的電流可以通過此電路。然后通過保護(hù)電路，到達(dá)恒流源驅(qū)動(dòng)電此電路。然后通過保護(hù)電路，到達(dá)恒流源驅(qū)動(dòng)電路，最終給負(fù)載路，最終給負(fù)載 LED 燈提供電流。電流電壓檢測(cè)燈提供電流。電流電壓檢測(cè)電路負(fù)責(zé)對(duì)蓄電池端電壓進(jìn)行采樣，通過采樣之電路負(fù)責(zé)對(duì)蓄電池端電壓進(jìn)行采樣，通過采

36、樣之后，傳入后，傳入 430 單片機(jī)單片機(jī) ADC 采樣端口。再由采樣端口。再由 430 單片機(jī)控制開關(guān)電路的開通與關(guān)斷，并且控制恒單片機(jī)控制開關(guān)電路的開通與關(guān)斷，并且控制恒流源，使恒流源穩(wěn)定輸出電流，提供給負(fù)載流源，使恒流源穩(wěn)定輸出電流，提供給負(fù)載 LED。n 在放電電路中，我們繼續(xù)采用在放電電路中，我們繼續(xù)采用 FDB3632 作為電作為電子開關(guān)，因?yàn)樽娱_關(guān)，因?yàn)?FDB3632 為為 N 溝道的溝道的 MOSFET，我們將開關(guān)設(shè)置在電壓低端，易于實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制我們將開關(guān)設(shè)置在電壓低端，易于實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。開關(guān)電路負(fù)載保護(hù)原理n 進(jìn)入夜間狀態(tài)，也就是系統(tǒng)檢測(cè)到的太陽能電池進(jìn)入夜間狀態(tài)，也就是系

37、統(tǒng)檢測(cè)到的太陽能電池電壓小于既定門限電壓值電壓小于既定門限電壓值Vgate，在蓄電池正常，在蓄電池正常的前提條件下，需要產(chǎn)生開燈動(dòng)作，首先單片機(jī)的前提條件下，需要產(chǎn)生開燈動(dòng)作，首先單片機(jī)在在 K5 引腳給出一高電平，此時(shí)引腳給出一高電平，此時(shí) Q9 開通，此時(shí)開通，此時(shí) R5，R6 和光耦體內(nèi)二極管構(gòu)成環(huán)路，光耦開通，和光耦體內(nèi)二極管構(gòu)成環(huán)路，光耦開通，Q5 截止。此時(shí)負(fù)載的放電環(huán)路接通與否就由截止。此時(shí)負(fù)載的放電環(huán)路接通與否就由 Q11 開關(guān)控制，若開關(guān)控制，若 K4 給出低電平，則給出低電平，則 Q11 打開，打開，因?yàn)閷?dǎo)通溝道內(nèi)阻很小，外在表現(xiàn)將因?yàn)閷?dǎo)通溝道內(nèi)阻很小，外在表現(xiàn)將 R5 所

38、在支所在支路短路，則蓄電池與恒流源環(huán)路接通，路短路，則蓄電池與恒流源環(huán)路接通，LED 燈亮。燈亮。負(fù)載保護(hù)原理n 若在若在 LED 路燈發(fā)生短路的非正常情況下，則因光路燈發(fā)生短路的非正常情況下，則因光耦所在支路被短路，光耦體內(nèi)發(fā)光二極管熄滅，耦所在支路被短路，光耦體內(nèi)發(fā)光二極管熄滅，也就是光耦關(guān)斷，也就是光耦關(guān)斷，Q5 基極電壓升至蓄電池電壓，基極電壓升至蓄電池電壓，Q5 導(dǎo)通，導(dǎo)通，Q5 的集電極被拉到地電位，也就是的集電極被拉到地電位，也就是 Q11(FDB2532)G 極被拉到了與極被拉到了與 S 極相同的電位，極相同的電位，VGS=0，Q11 關(guān)斷，此時(shí)也就是等效于將關(guān)斷，此時(shí)也就是等

39、效于將 R5 又又重新串回進(jìn)環(huán)路，因?yàn)橹匦麓剡M(jìn)環(huán)路，因?yàn)?R5 值較大，本設(shè)計(jì)中選值較大，本設(shè)計(jì)中選用用 10K，等效于回路切斷，保護(hù)了負(fù)載和控制回，等效于回路切斷，保護(hù)了負(fù)載和控制回路。路。負(fù)載保護(hù)原理n 在在 K4，K5 邏輯沒有改變的情況下，也就是邏輯沒有改變的情況下，也就是 K4 保持為低，保持為低，K5 保持為高，則保持為高，則Q11 的開通或者關(guān)的開通或者關(guān)斷由斷由 Q5 的狀態(tài)決定。如果短路情況自動(dòng)消失或的狀態(tài)決定。如果短路情況自動(dòng)消失或者人為消除，則者人為消除，則R40，R5，R6 和光耦體內(nèi)二極和光耦體內(nèi)二極管構(gòu)成的環(huán)路再次被接通，光耦內(nèi)部三極管導(dǎo)通，管構(gòu)成的環(huán)路再次被接通

40、，光耦內(nèi)部三極管導(dǎo)通，Q5 基極被拉至地電位，此時(shí)基極被拉至地電位，此時(shí) Q5 截止，則截止，則 Q11 再次開通。整個(gè)過程無需外界干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了全自再次開通。整個(gè)過程無需外界干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)可恢復(fù)的短路保護(hù)。動(dòng)可恢復(fù)的短路保護(hù)。負(fù)載保護(hù)電路電流電壓檢測(cè)電路n 本本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中的電流電壓檢測(cè)電路包含了對(duì)太陽能電中的電流電壓檢測(cè)電路包含了對(duì)太陽能電池組件和蓄電池的電壓采集檢測(cè)，和對(duì)充放電環(huán)池組件和蓄電池的電壓采集檢測(cè)，和對(duì)充放電環(huán)路的電流采集檢測(cè)。路的電流采集檢測(cè)。n MSP430F235 內(nèi)部集成了內(nèi)部集成了 8 通道的單斜率通道的單斜率 ADC 轉(zhuǎn)換內(nèi)核，轉(zhuǎn)換內(nèi)核，P6 端口的端口的 8 個(gè)個(gè)

41、 IO口都可作為外部口都可作為外部 AD 的輸入，的輸入，AD 轉(zhuǎn)換時(shí)鐘頻率、參考電壓和轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換時(shí)鐘頻率、參考電壓和轉(zhuǎn)換模式都可以通過寄存器的設(shè)置來進(jìn)行選擇，在本模式都可以通過寄存器的設(shè)置來進(jìn)行選擇，在本設(shè)計(jì)中選擇內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電壓作為設(shè)計(jì)中選擇內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電壓作為 AD 的參考電壓，的參考電壓，外部模擬信號(hào)都必須經(jīng)過調(diào)理才能送入單片機(jī)外部模擬信號(hào)都必須經(jīng)過調(diào)理才能送入單片機(jī) AD 通道，然后單片機(jī)對(duì)經(jīng)過通道，然后單片機(jī)對(duì)經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用。進(jìn)行分析處理，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用。蓄電池電壓檢測(cè)電路負(fù)載電流檢測(cè)電路n 一般常用的一般常用的 LED LED

42、 驅(qū)動(dòng)電源大致分為四類：電阻驅(qū)動(dòng)電源大致分為四類：電阻限流，線性控制，電荷泵類、開關(guān)電源類。限流，線性控制，電荷泵類、開關(guān)電源類。n 通過通過 LED LED 的參數(shù)和發(fā)光亮度，我們可以得到的參數(shù)和發(fā)光亮度，我們可以得到 LED LED 的直流電的直流電30 30 智能型太陽能路燈控制器的研智能型太陽能路燈控制器的研制流，從而就可以得到制流，從而就可以得到 LED LED 的端電壓。這個(gè)方的端電壓。這個(gè)方案相對(duì)簡單，且便于實(shí)施，僅需要一個(gè)限流電阻案相對(duì)簡單，且便于實(shí)施，僅需要一個(gè)限流電阻就可控制就可控制 LED LED 燈的光強(qiáng)。但是，這種方法也存燈的光強(qiáng)。但是，這種方法也存在很大的問題，限流

43、電阻會(huì)消耗很大的功率，使在很大的問題，限流電阻會(huì)消耗很大的功率，使得系統(tǒng)的效率降低。同時(shí)，電阻的調(diào)節(jié)精度也有得系統(tǒng)的效率降低。同時(shí)，電阻的調(diào)節(jié)精度也有限，微小的電壓輸入變化就會(huì)導(dǎo)致白光限，微小的電壓輸入變化就會(huì)導(dǎo)致白光 LEDLED亮度亮度的變化及顏色純度的變化，所以，這種方案基本的變化及顏色純度的變化，所以，這種方案基本適用于低成本，對(duì)發(fā)光效率要求不高的系統(tǒng)中。適用于低成本，對(duì)發(fā)光效率要求不高的系統(tǒng)中。n 線性控制的方法在精度上比電阻限流法要高很多。線性控制的方法在精度上比電阻限流法要高很多。其基本原理是在電路中，對(duì)其基本原理是在電路中，對(duì) LED LED 并聯(lián)或者并聯(lián)或者 LED LED

44、串聯(lián)一個(gè)工作在線性區(qū)的功率管，然后通過負(fù)反串聯(lián)一個(gè)工作在線性區(qū)的功率管，然后通過負(fù)反饋來調(diào)節(jié)功率管的阻值的大小，使得流過饋來調(diào)節(jié)功率管的阻值的大小，使得流過 LED LED 燈的電流保持在一個(gè)恒定值上。但是，這種方法燈的電流保持在一個(gè)恒定值上。但是，這種方法也有其局限性，由于功率管工作在線性區(qū)，因此，也有其局限性，由于功率管工作在線性區(qū)，因此，會(huì)消耗較多的功率，使得系統(tǒng)的效率大大降低。會(huì)消耗較多的功率，使得系統(tǒng)的效率大大降低。n 在電荷泵類當(dāng)中，一般分為兩種：一種是電壓輸在電荷泵類當(dāng)中，一般分為兩種：一種是電壓輸出型電荷泵電路，出型電荷泵電路，LM3354 LM3354 就是其中一種，就是其中

45、一種，LM3354 LM3354 型開關(guān)電容變換器（型開關(guān)電容變換器（NSNS）的電源電壓范）的電源電壓范圍為圍為 2.5V-5.5V2.5V-5.5V，輸出電壓有一系列標(biāo)稱值可供，輸出電壓有一系列標(biāo)稱值可供選擇。器件的開關(guān)工作頻率為選擇。器件的開關(guān)工作頻率為 1MHz1MHz，最大輸出，最大輸出電流電流 90mA90mA，帶有片內(nèi)過熱保護(hù)電路，靜態(tài)與關(guān)，帶有片內(nèi)過熱保護(hù)電路，靜態(tài)與關(guān)態(tài)電流分別為態(tài)電流分別為 475uA 475uA 與與 5uA5uA?？刂??？刂?LED LED 亮度的亮度的脈寬調(diào)制信號(hào)可由器件的關(guān)斷控制脈寬調(diào)制信號(hào)可由器件的關(guān)斷控制(SD)(SD)端送入，端送入，其重復(fù)頻率

46、應(yīng)在其重復(fù)頻率應(yīng)在 60Hz 60Hz 以上以免以上以免 LED LED 產(chǎn)生閃爍產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，但也不宜超過現(xiàn)象，但也不宜超過 200Hz 200Hz 以保證開關(guān)電容器以保證開關(guān)電容器具有足夠的放電時(shí)間。具有足夠的放電時(shí)間。n 另一類電流輸出型電荷泵，如另一類電流輸出型電荷泵，如 LM2794(NS)LM2794(NS)以電以電流鏡作為輸出級(jí)，因而可以省去限流電阻，但是，流鏡作為輸出級(jí)，因而可以省去限流電阻，但是，會(huì)增加器件功耗。會(huì)增加器件功耗。LM2794 LM2794 具有四路電流輸出，具有四路電流輸出，每路每路 20mA20mA；若想調(diào)整；若想調(diào)整 LED LED 亮度，仍可在其關(guān)斷亮度

47、，仍可在其關(guān)斷控制端加入脈寬調(diào)制信號(hào)，也可采用引入外部電控制端加入脈寬調(diào)制信號(hào)，也可采用引入外部電流的方式改變其反饋閾值。器件電源電壓范圍為流的方式改變其反饋閾值。器件電源電壓范圍為 2.75.5V2.75.5V，電壓超過大約，電壓超過大約 4.7V4.7V時(shí)會(huì)自動(dòng)切換內(nèi)時(shí)會(huì)自動(dòng)切換內(nèi)部電路，改以部電路，改以“直通直通”方式工作，該切換閾值也方式工作，該切換閾值也有有 250mV 250mV 左右的回差以防輸出紋波惡化。左右的回差以防輸出紋波惡化。n 開關(guān)電源電路通過調(diào)節(jié)開關(guān)功率管的通斷比，可以調(diào)節(jié)輸開關(guān)電源電路通過調(diào)節(jié)開關(guān)功率管的通斷比，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，理論上將功率管的損耗降低為出電

48、壓的大小，理論上將功率管的損耗降低為 0V。通常。通常采用采用 Buck 型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)低于輸入電源電壓的輸出，型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)低于輸入電源電壓的輸出，采用采用 Boost 型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高于輸入電源電壓的輸型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高于輸入電源電壓的輸出。在此，與電荷泵類不同的是，出。在此，與電荷泵類不同的是，Boost 理論上升壓增益理論上升壓增益可以無限大，因此，當(dāng)需要使用多個(gè)可以無限大，因此，當(dāng)需要使用多個(gè)LED 燈的情況時(shí)，燈的情況時(shí)，可采用串聯(lián)方式，并保證了每個(gè)可采用串聯(lián)方式，并保證了每個(gè) LED 燈的發(fā)光亮度都相燈的發(fā)光亮度都相同，而且限流電阻也只有一個(gè)，可以有效的提高整個(gè)系統(tǒng)

49、同，而且限流電阻也只有一個(gè)，可以有效的提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，基本上是驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)中效率最高的。的效率，基本上是驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)中效率最高的。n 通過比較上述幾種驅(qū)動(dòng)電源，結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際情況，鉛通過比較上述幾種驅(qū)動(dòng)電源，結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際情況，鉛酸蓄電池輸出的電壓高于驅(qū)動(dòng)酸蓄電池輸出的電壓高于驅(qū)動(dòng) LED 燈所需要的電壓，并燈所需要的電壓，并考慮到效率和成本問題，本論文選用考慮到效率和成本問題，本論文選用 Buck型開關(guān)電源作型開關(guān)電源作為為 LED 負(fù)載的恒流驅(qū)動(dòng)器。負(fù)載的恒流驅(qū)動(dòng)器。恒流驅(qū)動(dòng)電路原理圖n 由由 MSP430F235 單片機(jī)提供其中一路單片機(jī)提供其中一路 AD（通道（通道 5，見表，見表

50、 ），發(fā)送串行數(shù)據(jù)給），發(fā)送串行數(shù)據(jù)給 DAC7512，DAC7512 將數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并且發(fā)送給電將數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并且發(fā)送給電壓驅(qū)動(dòng)型脈寬調(diào)制器壓驅(qū)動(dòng)型脈寬調(diào)制器 TL494，由，由 TL494 產(chǎn)生方產(chǎn)生方波，方波通過波，方波通過 IR2117 驅(qū)動(dòng)器，提供給驅(qū)動(dòng)器，提供給 Buck電路，電路，再由再由 Buck 電路輸出一個(gè)恒定的電流提供給負(fù)載電路輸出一個(gè)恒定的電流提供給負(fù)載 LED 燈。負(fù)載燈。負(fù)載 LED 燈產(chǎn)生一路反饋，反饋給燈產(chǎn)生一路反饋，反饋給 TL494，這條反饋和設(shè)定值比較，用來調(diào)節(jié)占空，這條反饋和設(shè)定值比較，用來調(diào)節(jié)占空比，使得輸出合適的、穩(wěn)定的方波，進(jìn)而得到恒比，使得輸出合適的、穩(wěn)定的方波，進(jìn)而得到恒流輸出。流輸出。DAC7512數(shù)據(jù)采集模塊電路圖TL494電路圖Buck型變