太陽(yáng)能景觀燈設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能景觀燈設(shè)計(jì)第一頁(yè)，共70頁(yè)。目錄太陽(yáng)能景觀燈設(shè)計(jì)方案電路介紹光伏控件介紹充電電路設(shè)計(jì)介紹放電電路設(shè)計(jì)介紹具體電路設(shè)計(jì)方案和功能簡(jiǎn)介光伏器件選擇優(yōu)化第二頁(yè)，共70頁(yè)。太陽(yáng)能景觀燈設(shè)計(jì)（1）不需要使用外部供電環(huán)保節(jié)能。（2）可以獨(dú)立使用在多種場(chǎng)合，具有美觀和實(shí)用性。（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。（4）通過(guò)實(shí)際測(cè)試當(dāng)?shù)氐年?yáng)光環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，在保證滿足負(fù)載供電需要的前提下,確定使用的太陽(yáng)能電池組件功率和蓄電池組件容量最小,以盡量減少初始投資。（5）在控制電路設(shè)計(jì)過(guò)程中使用改進(jìn)后的BUCK降壓電路能夠更好的控制占空比調(diào)節(jié)PWM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)需要控制開(kāi)啟或者關(guān)閉。（6）通過(guò)程序控制電壓來(lái)調(diào)控景觀燈顏色和亮度變化。第三頁(yè)，共70頁(yè)。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降壓第四頁(yè)，共70頁(yè)。電路說(shuō)明本次設(shè)計(jì)采用：（1）通過(guò)檢測(cè)電池板U-I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)雜但可以更加精確的提高電池板能量的存儲(chǔ)量。（2）對(duì)蓄電池充電當(dāng)中使用三步法，即MPPT充電，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。（3）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。（4）通過(guò)檢測(cè)蓄電池的U-I輸入到單片機(jī)中通過(guò)控制來(lái)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。（5）單片機(jī)控制電壓由蓄電池提供。第五頁(yè)，共70頁(yè)。光伏控制器介紹

光伏控制器是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，能自動(dòng)防止蓄電池組過(guò)充電和過(guò)放電并具有簡(jiǎn)單測(cè)量功能的電子設(shè)備。注：開(kāi)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(kāi)關(guān)器件。第六頁(yè)，共70頁(yè)。光伏控制器分類(lèi)（1）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2A以內(nèi)）（2）串聯(lián)型控制器：利用機(jī)械繼電器控制充電過(guò)程，并在夜間切斷光伏陣列（用于較高功率系統(tǒng)電流在4A~5A以上的串聯(lián)控制器）第七頁(yè)，共70頁(yè)。光伏控制器分類(lèi)（3）脈寬調(diào)制型控制器：它以PWM脈沖方式開(kāi)關(guān)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。（這種充電過(guò)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)壽命）（4）智能型控制器：采用帶CPU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，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程序?qū)温坊蚨嗦饭夥嚵羞M(jìn)行切離/接通控制。第八頁(yè)，共70頁(yè)。光伏控制器分類(lèi)（5）最大功率跟蹤（MPPT）型控制器：根據(jù)調(diào)整MPPT，采用PWM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。注：在實(shí)際工作研發(fā)過(guò)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。第九頁(yè)，共70頁(yè)。光伏控制器功能（1）高壓（HVD）斷開(kāi)和恢復(fù)功能（2）欠壓（LVG）告警和恢復(fù)功能（3）低壓（LVD）斷開(kāi)和恢復(fù)功能（4）保護(hù)功能：①防止任何負(fù)載短路的電路保護(hù)。②防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護(hù)。③防止夜間蓄電池通過(guò)太陽(yáng)電池組件反向放電保護(hù)。④防止負(fù)載、太陽(yáng)電池組件或蓄電池極性反接的電路保護(hù)。⑤在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護(hù)。（5）溫度補(bǔ)償功能：當(dāng)蓄電池溫度低于25℃時(shí)，蓄電池應(yīng)要求較高的充電電壓，以便完成充電過(guò)程。相反，高于該溫度蓄電池要求充電電壓較低。第十頁(yè)，共70頁(yè)。充放電電路設(shè)計(jì)1.在充電電路部分，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)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)了基于Buck型的DC-DC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?；贐uck電路，對(duì)蓄電池實(shí)施了三階段充電方法。在充電過(guò)程中，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。2.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(guò)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，保證蓄電池穩(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。第十一頁(yè)，共70頁(yè)。3.考慮到太陽(yáng)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MOSFET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(guò)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)行的可靠性與穩(wěn)定性。4.完成了基于MSP430F235太陽(yáng)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，并且利用C語(yǔ)言編制了相應(yīng)的控制程序，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能路燈控制器的充、放電控制功能。第十二頁(yè)，共70頁(yè)。獨(dú)立太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng)中。基于實(shí)際的需求，設(shè)計(jì)功能如下：1.充電模塊功能：1)具有過(guò)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(yáng)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(yáng)能電池組件，并且保證蓄電池工作在最佳狀態(tài)，延長(zhǎng)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。第十三頁(yè)，共70頁(yè)。2.放電模塊功能：1)具有過(guò)放自動(dòng)關(guān)斷、恢復(fù)功能，負(fù)載過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)的功能。2)具有防反接、防雷擊的功能。3)指示功能：負(fù)載工作狀態(tài)功能指示和故障指示功能。4)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。第十四頁(yè)，共70頁(yè)。獨(dú)立照明系統(tǒng)需求獨(dú)立照明系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件、蓄電池、控制器和LED燈這四個(gè)部分所組成。太陽(yáng)能電池組件是整個(gè)系統(tǒng)的能量來(lái)源，它將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)化為電能。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。本系統(tǒng)選用了鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備。第十五頁(yè)，共70頁(yè)。LED燈性能LED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)、電極組成。其優(yōu)點(diǎn)如下：1．節(jié)能：LED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。2．長(zhǎng)壽：由于大功率LED路燈是由很多LED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，不像高壓鈉燈損壞時(shí)全部燈熄滅，大功率LED路燈壽命長(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)小時(shí)，是高壓鈉燈的十幾倍，戶外使用壽命長(zhǎng)達(dá)10年以上。3．顯色性好：大功率LED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(yáng)光相差甚遠(yuǎn)，而LED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(chóng)。第十六頁(yè)，共70頁(yè)。4．無(wú)頻閃：大功率LED路燈采用直流供電，加上光電獨(dú)有的恒流裝置，使大功率LED路燈發(fā)光恒定，徹底無(wú)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效應(yīng)，要在點(diǎn)燃15分鐘后才能達(dá)到其90%—100%光通量，而大功率LED路燈通電即可達(dá)到正常亮度，無(wú)開(kāi)燈28智能型太陽(yáng)能路燈控制器的研制延時(shí)現(xiàn)象。6．安全：LED照明是一種固態(tài)照明，可以有效的防震，對(duì)于類(lèi)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。7．優(yōu)良的散熱性能：低熱阻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和良好的散熱設(shè)計(jì)，保證了LED的PN結(jié)結(jié)溫度不會(huì)超過(guò)75度，從而保證了LED的發(fā)光效率和工作壽命。第十七頁(yè)，共70頁(yè)?？刂破鲗?duì)LED負(fù)載作用控制器部分由充電電路、放電電路、電流電壓檢測(cè)電路和MCU以及輔助電路等部分組成。一般太陽(yáng)能電池組件輸出的電壓不穩(wěn)定，鉛酸蓄電池和LED燈的壽命也受到諸多條件的影響。因此，不能直接將太陽(yáng)能電池組件聯(lián)接LED燈，也不便直接給儲(chǔ)能設(shè)備蓄電池充電，不當(dāng)?shù)某潆姺绞綍?huì)對(duì)LED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，鉛酸蓄電池和LED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)濟(jì)損失。因此，需要采用相關(guān)的電力電子電路，先將太陽(yáng)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)候再控制蓄電池向負(fù)載LED放電?？刂破髟谶@個(gè)過(guò)程中起著樞紐作用，決定著系統(tǒng)使用性能的好壞。第十八頁(yè)，共70頁(yè)。照明系統(tǒng)電路第十九頁(yè)，共70頁(yè)?；趯?shí)際系統(tǒng)的需求，我們?cè)诖诉x用美國(guó)德州儀器（TI）公司設(shè)計(jì)的MSP430F235作為MCU。這是德州儀器1996年推向市場(chǎng)的一種16位低功耗的混合信號(hào)處理器，3.3V電源供電，其活動(dòng)模式耗電250A/MIPS(MIPS：每秒百萬(wàn)條指令數(shù))，IO輸入端口的漏電流最大僅50nA。具有16位RISC結(jié)構(gòu)，125ns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12位精度A/D轉(zhuǎn)換器，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。第二十頁(yè)，共70頁(yè)。在MSP430F235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、按鍵和顯示電路等幾部分。充電電路要求能夠通過(guò)改變開(kāi)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)階段的充電。在放電電路中，通過(guò)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)將完成對(duì)功率器件開(kāi)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)電路，主要分為過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)電路。過(guò)流保護(hù)通過(guò)檢測(cè)放電電流的大小，以軟件保護(hù)的方式來(lái)報(bào)警并采取相應(yīng)的切斷放電回路的保護(hù)動(dòng)作。第二十一頁(yè)，共70頁(yè)。MCU外圍電路第二十二頁(yè)，共70頁(yè)。最大功率控制（MPPT）

為了提高太陽(yáng)電池板產(chǎn)生的電能能夠最大限度的儲(chǔ)存和利用一般設(shè)計(jì)最大功率控制追蹤獲得最大功率點(diǎn)。（1）恒定電壓控制法（太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)電壓是其開(kāi)路電壓的76%左右）（2）曲線擬合法：將太陽(yáng)能電池組件的輸出特性測(cè)量出來(lái),同時(shí)用數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行描述的方法。第二十三頁(yè)，共70頁(yè)。(3)導(dǎo)納微分法：認(rèn)為在太陽(yáng)能電池陣列的最大功率點(diǎn)處,輸出功率對(duì)輸出電壓的一階導(dǎo)數(shù)為零。(4)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(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比,使之增大或者減少,從而改變電路的輸出功率,根據(jù)功率的變化來(lái)決定對(duì)占空比的控制,是讓其減小還是讓其增大"第二十四頁(yè)，共70頁(yè)。恒定電壓控制法這種方法忽略了太陽(yáng)能電池溫度對(duì)自身最大功率點(diǎn)的影響。曲線擬合法缺點(diǎn)是受限于復(fù)雜因素的影響,比如溫度，老化以及電池的擊穿等,不容易測(cè)量。第二十五頁(yè)，共70頁(yè)。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，降低了太陽(yáng)能電池組件的工作效率。其次，步長(zhǎng)的選擇很難取到合適值。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(yáng)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)的電壓振蕩也較擾動(dòng)觀察法小。通過(guò)比較之后，無(wú)論光強(qiáng)強(qiáng)度和溫度如何變化，電導(dǎo)增量法總能夠快速的實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(yáng)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MPPT大電流充電過(guò)程中，我們選擇了電導(dǎo)增量法。第二十六頁(yè)，共70頁(yè)。電導(dǎo)增量法第二十七頁(yè)，共70頁(yè)。充電控制策略設(shè)計(jì)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)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。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LED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)，首先在第一階段進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）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)表明，以MPPT充電到限壓點(diǎn)時(shí)，只能充進(jìn)約80%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，將補(bǔ)充剩余的大約20%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(guò)程。根據(jù)電池的自放電特性，浮充電速率很低，使用PWM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)。第二十八頁(yè)，共70頁(yè)。三階段充電曲線第二十九頁(yè)，共70頁(yè)。充電原理框圖第三十頁(yè)，共70頁(yè)。太陽(yáng)能電池組件輸出直流電壓，先經(jīng)過(guò)輸入濾波，然后通過(guò)Buck電路的DC/DC變換，再經(jīng)過(guò)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)電路負(fù)責(zé)對(duì)太陽(yáng)能組件和蓄電池端電壓，進(jìn)行采樣，通過(guò)采樣之后，傳入單片機(jī)ADC采樣端口。單片機(jī)MSP430F235作為核心，控制算法軟件運(yùn)算后，再?gòu)腜WM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(kāi)通、關(guān)斷的控制。第三十一頁(yè)，共70頁(yè)。Buck變換器設(shè)計(jì)中，主功率開(kāi)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)電路的工作性能及可靠性。第三十二頁(yè)，共70頁(yè)。Buck電路驅(qū)動(dòng)電路第三十三頁(yè)，共70頁(yè)。充電流程圖第三十四頁(yè)，共70頁(yè)。三階段充電控制流程如下：

首先，第一階段為MPPT大電流充電階段。在前面介紹過(guò)，在本課題中MPPT大電流充電采用了電導(dǎo)增量法。本方法跟蹤比較穩(wěn)定，并且精度比較高。它要求在MPP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點(diǎn)。第三十五頁(yè)，共70頁(yè)。MPPT占空比調(diào)整第三十六頁(yè)，共70頁(yè)。在第二階段是恒壓充電，第三階段則是浮充電。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(guò)程中，首先通過(guò)電流電壓檢測(cè)電路采集太陽(yáng)能電池組件端電壓，將其與期望值進(jìn)行比較，得到差值U，進(jìn)行比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)的控制，得到MOSFET的占空比的變化量D，進(jìn)而得到下一步的控制占空比，從而使充電電壓恒定。第三十七頁(yè)，共70頁(yè)。恒壓充電流程第三十八頁(yè)，共70頁(yè)。由LED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)定性等性能。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)LED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，恒流源驅(qū)動(dòng)為L(zhǎng)ED燈的放電提供了高質(zhì)量、高效率、高可靠性的準(zhǔn)備。第三十九頁(yè)，共70頁(yè)。放電原理框圖第四十頁(yè)，共70頁(yè)。當(dāng)在夜間的時(shí)候，蓄電池通過(guò)放電電路給負(fù)載LED燈供電。

首先，當(dāng)開(kāi)關(guān)電路開(kāi)通，蓄電池的電流可以通過(guò)此電路。然后通過(guò)保護(hù)電路，到達(dá)恒流源驅(qū)動(dòng)電路，最終給負(fù)載LED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(guò)采樣之后，傳入430單片機(jī)ADC采樣端口。再由430單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)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LED。第四十一頁(yè)，共70頁(yè)。在放電電路中，我們繼續(xù)采用FDB3632作為電子開(kāi)關(guān)，因?yàn)镕DB3632為N溝道的MOSFET，我們將開(kāi)關(guān)設(shè)置在電壓低端，易于實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制。第四十二頁(yè)，共70頁(yè)。開(kāi)關(guān)電路第四十三頁(yè)，共70頁(yè)。負(fù)載保護(hù)原理進(jìn)入夜間狀態(tài)，也就是系統(tǒng)檢測(cè)到的太陽(yáng)能電池電壓小于既定門(mén)限電壓值Vgate，在蓄電池正常的前提條件下，需要產(chǎn)生開(kāi)燈動(dòng)作，首先單片機(jī)在K5引腳給出一高電平，此時(shí)Q9開(kāi)通，此時(shí)R5，R6和光耦體內(nèi)二極管構(gòu)成環(huán)路，光耦開(kāi)通，Q5截止。此時(shí)負(fù)載的放電環(huán)路接通與否就由Q11開(kāi)關(guān)控制，若K4給出低電平，則Q11打開(kāi)，因?yàn)閷?dǎo)通溝道內(nèi)阻很小，外在表現(xiàn)將R5所在支路短路，則蓄電池與恒流源環(huán)路接通，LED燈亮。第四十四頁(yè)，共70頁(yè)。負(fù)載保護(hù)原理若在LED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，也就是光耦關(guān)斷，Q5基極電壓升至蓄電池電壓，Q5導(dǎo)通，Q5的集電極被拉到地電位，也就是Q11(FDB2532)G極被拉到了與S極相同的電位，VGS=0，Q11關(guān)斷，此時(shí)也就是等效于將R5又重新串回進(jìn)環(huán)路，因?yàn)镽5值較大，本設(shè)計(jì)中選用10K，等效于回路切斷，保護(hù)了負(fù)載和控制回路。第四十五頁(yè)，共70頁(yè)。負(fù)載保護(hù)原理在K4，K5邏輯沒(méi)有改變的情況下，也就是K4保持為低，K5保持為高，則Q11的開(kāi)通或者關(guān)斷由Q5的狀態(tài)決定。如果短路情況自動(dòng)消失或者人為消除，則R40，R5，R6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，Q5基極被拉至地電位，此時(shí)Q5截止，則Q11再次開(kāi)通。整個(gè)過(guò)程無(wú)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)。第四十六頁(yè)，共70頁(yè)。負(fù)載保護(hù)電路第四十七頁(yè)，共70頁(yè)。電流電壓檢測(cè)電路本設(shè)計(jì)中的電流電壓檢測(cè)電路包含了對(duì)太陽(yáng)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)路的電流采集檢測(cè)。MSP430F235內(nèi)部集成了8通道的單斜率ADC轉(zhuǎn)換內(nèi)核，P6端口的8個(gè)IO口都可作為外部AD的輸入，AD轉(zhuǎn)換時(shí)鐘頻率、參考電壓和轉(zhuǎn)換模式都可以通過(guò)寄存器的設(shè)置來(lái)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AD的參考電壓，外部模擬信號(hào)都必須經(jīng)過(guò)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(guò)A/D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。第四十八頁(yè)，共70頁(yè)。蓄電池電壓檢測(cè)電路第四十九頁(yè)，共70頁(yè)。負(fù)載電流檢測(cè)電路第五十頁(yè)，共70頁(yè)。一般常用的LED驅(qū)動(dòng)電源大致分為四類(lèi)：電阻限流，線性控制，電荷泵類(lèi)、開(kāi)關(guān)電源類(lèi)。通過(guò)LED的參數(shù)和發(fā)光亮度，我們可以得到LED的直流電30智能型太陽(yáng)能路燈控制器的研制流，從而就可以得到LED的端電壓。這個(gè)方案相對(duì)簡(jiǎn)單，且便于實(shí)施，僅需要一個(gè)限流電阻就可控制LED燈的光強(qiáng)。但是，這種方法也存在很大的問(wèn)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)精度也有限，微小的電壓輸入變化就會(huì)導(dǎo)致白光LED亮度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。第五十一頁(yè)，共70頁(yè)。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)LED并聯(lián)或者LED串聯(lián)一個(gè)工作在線性區(qū)的功率管，然后通過(guò)負(fù)反饋來(lái)調(diào)節(jié)功率管的阻值的大小，使得流過(guò)LED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，會(huì)消耗較多的功率，使得系統(tǒng)的效率大大降低。第五十二頁(yè)，共70頁(yè)。在電荷泵類(lèi)當(dāng)中，一般分為兩種：一種是電壓輸出型電荷泵電路，LM3354就是其中一種，LM3354型開(kāi)關(guān)電容變換器（NS）的電源電壓范圍為2.5V-5.5V，輸出電壓有一系列標(biāo)稱值可供選擇。器件的開(kāi)關(guān)工作頻率為1MHz，最大輸出電流90mA，帶有片內(nèi)過(guò)熱保護(hù)電路，靜態(tài)與關(guān)態(tài)電流分別為475uA與5uA。控制LED亮度的脈寬調(diào)制信號(hào)可由器件的關(guān)斷控制(SD)端送入，其重復(fù)頻率應(yīng)在60Hz以上以免LED產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，但也不宜超過(guò)200Hz以保證開(kāi)關(guān)電容器具有足夠的放電時(shí)間。第五十三頁(yè)，共70頁(yè)。另一類(lèi)電流輸出型電荷泵，如LM2794(NS)以電流鏡作為輸出級(jí)，因而可以省去限流電阻，但是，會(huì)增加器件功耗。LM2794具有四路電流輸出，每路20mA；若想調(diào)整LED亮度，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流的方式改變其反饋閾值。器件電源電壓范圍為2.7—5.5V，電壓超過(guò)大約4.7V時(shí)會(huì)自動(dòng)切換內(nèi)部電路，改以“直通”方式工作，該切換閾值也有250mV左右的回差以防輸出紋波惡化。第五十四頁(yè)，共70頁(yè)。開(kāi)關(guān)電源電路通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)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0V。通常采用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，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出。在此，與電荷泵類(lèi)不同的是，Boost理論上升壓增益可以無(wú)限大，因此，當(dāng)需要使用多個(gè)LED燈的情況時(shí)，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。通過(guò)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)LED燈所需要的電壓，并考慮到效率和成本問(wèn)題，本論文選用Buck型開(kāi)關(guān)電源作為L(zhǎng)ED負(fù)載的恒流驅(qū)動(dòng)器。第五十五頁(yè)，共70頁(yè)。恒流驅(qū)動(dòng)電路原理圖第五十六頁(yè)，共70頁(yè)。由MSP430F235單片機(jī)提供其中一路AD（通道5，見(jiàn)表），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)送給電壓驅(qū)動(dòng)型脈寬調(diào)制器TL494，由TL494產(chǎn)生方波，方波通過(guò)IR2117驅(qū)動(dòng)器，提供給Buck電路，再由Buck電路輸出一個(gè)恒定的電流提供給負(fù)載LED燈。負(fù)載LED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(lái)調(diào)節(jié)占空比，使得輸出合適的、穩(wěn)定的方波，進(jìn)而得到恒流輸出。第五十七頁(yè)，共70頁(yè)。DAC7512數(shù)據(jù)采集模塊電路圖第五十八頁(yè)，共70頁(yè)。TL494電路圖第五十九頁(yè)，共70頁(yè)