太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的无污染的洁净能源,已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灯照明控制器非常重要。目前市场上很多太阳能控制器,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,可靠性不强 [1]。本文所设计的基于STC12C5410AD的双Buck照明控制器,采用最大功率点充电,充分利用太阳能电池板的能量,对蓄电池进行浮充充电,防止蓄电池假充满的现象;对LED路灯采用二段式的恒流控制,以增强LED灯的使用寿命,实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。
1 系统原理双Buck太阳能LED路灯照明控制系统原理图如图1所示。系统包括:太阳能电池、电压电流采集模块、同步Buck模块、蓄电池、LED路灯和STC智能控制器。太阳能电池组件为系统提供能源,通过采集太阳能电池板上的电压来判别是白天、黑夜,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的电压和充电电流,控制同步Buck工作,实现对蓄电池的MPPT(Maximum Power Point Tracking)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,防止蓄电池过充、过放;当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电路,实现对LED路灯的恒流控制[2-3]。
2 系统硬件设计
2.1 充电控制
2.1.1 Buck电路
太阳能最大功率点跟踪控制所需的DC-DC模块包括:Buck、Boost、Boost-Buck、Cuk等拓扑方式,通过对四种电路方案的比较,本文选用Buck电路。
为追踪太阳能最大功率点实现最大能量利用,前级的DC-DC电路曾采用四种Buck驱动方案:利用PMOS做Buck;独立电源加光耦;基于IR2110的Buck电路;基于IR2104的同步Buck电路。对四种驱动方案进行了比较分析:PMOS由于导通阻抗较大,PMOS发热严重,工作效率低,只适用于电压值比较低、工作效率要求不高的场合;独立电源加光耦,需要制作一个独立电源来隔离光耦两边的地;使用IR2110高压自举芯片做驱动[4],必须严格遵守工作所需的条件,需加电阻放掉Buck后级储能滤波电容中的电,才能正常启动;基于IR2110的Buck电路,防反充二极管须加在Buck电路输出端,在电流比较小的情况下,工作尚可;当电流较大时,Buck电路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IR2104的同步Buck电路,其电路原理图如图2所示。