3 系统软件设计
    系统软件流程图如图4所示。STC12C5410AD单片机内部集成4路PWM发生器和8路10 bit的A/D转换器，可直接实现PWM输出和A/D转换。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6 V(6 V是设定的白天标志值)时，延时3 min，在3 min内实时监测电池板电压，若3 min后电池板电压仍大于6 V,则进入充电模式：(1)关闭路灯，采集蓄电池电压，当蓄电池两端的电压小于14.7 V时，使能前级Buck电路控制端，采集电压电流信号，控制单片机调制PWM输出，采用双向扰动法实现最大功率点充电[5-6]。(2)当采集的电流小于0.2 A时，进入固定电压法充电模式，把太阳能电池板的电压输出稳在28 V~32 V之间(选择端电压为40 V的太阳能板)；(3)当蓄电池电压上升到14.7 V时，转为浮充充电模式，蓄电池浮充电压设为13.6 V~13.8 V。当电池板的电压降到6 V时，置零前级的Buck电路控制端延时3 min，3 min内实时监测电池板电压。如果3 min后采集上来的电压值还是小于6 V，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5个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5个小时结束，则路灯关闭。系统实时采集蓄电池电压，可以保证过充和过放保护，防止蓄电池损害，实现无人值守工作。

4 实验结果
    系统前级同步Buck电路双MOS管的驱动波形如图5所示。由图可以看出，采用IR2104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MOS管结电容的放电，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管驱动波形图，由于示波器的两个探头内部是相连的,所以图中A和B波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，能较好地控制同步Buck工作，实现最大功率点跟踪。

    后级同步Buck电路中双MOS管Q3、Q4的驱动波形如图6所示。通过调节占空比可以调节LED的功率。为了合理利用蓄电池中的能量，LED驱动采用恒流驱动方式，全功率为控制PWM波实现2 A恒流输出，半功率控制PWM波实现1 A恒流LED驱动,通过软件调节各个时刻的输出功率。对基于IR2104的同步Buck电路LED驱动方案进行测试发现:当工作频率为20 kHz、输出占空比为90%的PWM波时，蓄电池电压为11.94 V，放电电流为1.777 A，LED两端电压为10.199 V，LED灯供电电流为1.977 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。

    本文研制的基于STC12C5410AD的双Buck太阳能照明控制器，可实时采集太阳能电池板电压，能够正常准确地检测出白天、黑夜，利用自举芯片IR2104实现同步Buck,采用最大功率点和浮充两种方式对蓄电池进行充电，并对蓄电池进行管理，以防止过充和过放，LED路灯恒流输出，系统已经正常工作了2个月。虽然防反充二极管选用的是肖特基二极管，但是，损耗还是比较大的。今后将采取一些措施减小防反充二极管的损耗，进一步提高充电效率。
参考文献
[1] 陈尚伍. 独立光伏发电LED照明系统的研究[D]. 杭州：浙江大学电气工程学院，2007.
[2] 杨晓光，寇臣锐，汪友华. 太阳能LED路灯照明控制系统的设计[J]. 电气应用，2009，28(3)：28-31.
[3] 彭芳，卢满怀. 基于PIC单片机的太阳能路灯智能控制器[J]. 微型机与应用，2009(20)：67-70.
[4] 马瑞卿，刘卫国. 自举式IR2110集成驱动电路的特殊应用[J]. 电力电子技术，2000(1)：31-33.
[5] SALAS V, OLIAS E, BARRADO A, et al. Review of the maximum power point tracking algorithms for stand-alone photovoltaic systEMS[J]. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2006（90）:1555-1578.
[6] HUA C, LIN J. An on-line MPPT algorithm for rapidly changing illuminations of solar arrays[J]. Renewable Energy, 2003(28):1129-1142.

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