工程師技術(shù)分享：光電互補(bǔ)LED路燈控制器設(shè)計(jì)

1光電互補(bǔ)LED路燈控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光電互補(bǔ)LED路燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，本系統(tǒng)中關(guān)鍵部件是控制器，控制器的功能主要有：

(1)白天對(duì)太陽能電池板的電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)，通過MPPT 算法追蹤太陽能電池板最大輸出功率點(diǎn)，使太陽能電池板以最大輸出功率給蓄電池充電，并控制太陽能電池對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的方式；

(2)控制光電互補(bǔ)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，晚上控制蓄電池放電，驅(qū)動(dòng)LED 負(fù)載照明；當(dāng)在太陽光照不足或陰雨天氣，蓄電池放電電壓達(dá)最低電壓時(shí)，能自動(dòng)切換到市電供LED 路燈點(diǎn)亮；

(3)對(duì)蓄電池實(shí)行過放電保護(hù)、過充電保護(hù)、短路保護(hù)、反接保護(hù)和極性保護(hù)；

(4)控制LED 燈的開關(guān)，通過對(duì)外環(huán)境監(jiān)測(cè)，可以控制LED 燈開燈、關(guān)燈時(shí)間。

2 充電電路及輸出控制

2.1 充電電路

充電電路用來調(diào)節(jié)充電電流與電壓，使太陽能電池板穩(wěn)定地對(duì)蓄電池充電。由于每天在各個(gè)時(shí)段太陽能電池板所轉(zhuǎn)換的太陽輻射能不同，使得太陽能電池輸出的電流和電壓各不相同，這就需要通過必要的充電電路來控制。本電路就是用TL494實(shí)現(xiàn)的電壓型脈寬調(diào)制(PWM)控制電路，電路圖如圖2所示。

當(dāng)R12所接的單片機(jī)給4腳一個(gè)高電平時(shí)，TL494的截止時(shí)間增大到100% ，TL494不工作，這樣就可以通過4腳輸入的電平高低決定是否對(duì)蓄電池充電。TL494的12腳接電源，14 腳輸出的5V基準(zhǔn)電壓供單片機(jī)使用，同時(shí)R5、R6的分壓作為TL494中誤差放大器1的同相端(2 腳)恒壓充電時(shí)的參考電壓信號(hào)，電池正極電壓經(jīng)R2、R3 分壓作為誤差放大器1的反相端(1 腳)輸入恒壓充電的給定電壓信號(hào)，兩者之間的偏差作為恒壓調(diào)壓器使用。2腳和3 腳間引入阻容元件，校正改善誤差放大器的頻響。系統(tǒng)工作時(shí)，實(shí)時(shí)檢測(cè)太陽能電池板的輸出電壓、蓄電池的電壓，并根據(jù)各個(gè)電壓值的不同狀況，控制太陽能電池對(duì)蓄電池充電與否，并根據(jù)設(shè)定的路燈時(shí)控或光控方式，控制LED 路燈是否點(diǎn)亮，以及點(diǎn)亮?xí)r供電方式在蓄電池和市電之間的合理切換。TL494 主要在單片機(jī)程序控制下完成對(duì)蓄電池、太陽能電池板的檢測(cè)以及充放電控制。

路燈的照明時(shí)間可以依據(jù)H1～H4上的直撥開關(guān)進(jìn)行設(shè)置，每檔對(duì)應(yīng)時(shí)間為1 小時(shí)、2 小時(shí)、4 小時(shí)、8 小時(shí)，這樣就可以通過不同的組合在1～15小時(shí)內(nèi)作調(diào)整。系統(tǒng)軟件的控制流程圖如圖3所示。

在工作過程中，單片機(jī)會(huì)一直檢測(cè)太陽能電池和蓄電池的電壓，當(dāng)太陽能電池的輸出電壓高于蓄電池2V以上，同時(shí)蓄電池的電量沒滿，單片機(jī)的11腳輸出低電平，芯片TL494開始工作，通過MOS管Q1對(duì)蓄電池充電。當(dāng)充滿后，轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)，對(duì)蓄電池的自放電情況進(jìn)行電量補(bǔ)償。對(duì)蓄電池的充電，開始是大電流恒流充電狀態(tài)，充電電流為Imax。當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到52.8V時(shí)，充電器處于恒壓充電狀態(tài)，充電電流持續(xù)下降，當(dāng)電流下降到250mA 并且蓄電池的電壓上升到56.4V左右不變時(shí)，蓄電池的電量已達(dá)額定容量的100%，電路進(jìn)入浮充階段，給電池提供的浮充電壓抵消了蓄電池的自放電。當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到57.6±0.2V，蓄電池達(dá)到過充電壓點(diǎn)，單片機(jī)的11 腳輸出高電平，芯片TL494 結(jié)束工作，蓄電池充電結(jié)束。

結(jié)論

通過對(duì)光電互補(bǔ)LED 路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)際測(cè)試觀察，其結(jié)果基本符合設(shè)計(jì)要求，但必須經(jīng)過實(shí)際長期運(yùn)行，不斷完善設(shè)計(jì)，才能達(dá)到太陽能有效利用、蓄電池容量匹配最合理、成本降到最低、性能價(jià)格比最好。