2024年6月29日发(作者：家用测甲醛的仪器准吗)
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基于太阳能供电的ＬＥＤ智能路灯设计
舒丹阳熊远生刘侠盛光国
（嘉兴学院机电工程学院，浙江嘉兴３１４０００）
摘要：近年来，随着能源短缺的加剧，可再生能源太阳能日益受到广泛关注。而ＬＥＤ太阳能光伏照明，是太阳能光伏发电一个重要
的应用领域。现主要针对光伏发电路灯系统管理控制器的问题，设计了一种智能型太阳能路灯，同时分析了太阳能电池的最大功率点跟
踪（ＭＰＰＴ）问题。
关键词：ＭＰＰＴ；充放电；ＬＥＤ；红外；控制器
０引言 ． ２太阳能电池的基本特性和ＭＰＰＴ控制
目前，我国已成为全球最大的太阳能光伏产品制造基地。 ２．１太阳能电池的基本特性
现在应该大力发展太阳能发电技术，扩展其规模，以应对全球 笔者于２０１２年１２月２０ Ｅｌ对太阳能电池的基本特性做了
能源短缺和生态环境破坏的问题。“太阳能ＬＥＤ照明千村计
测试。太阳能电池的规格如下：最大功率２Ｏ ｗ；输出容差
划”在壹基金推动下，于２００９年在中国农村得以开展。利用好
±５ ；最大功率电压１７．６ Ｖ；最大功率电流１．１４ Ａ；开路电压
太阳能这一取之不尽的清洁能源，将有利于解决能源、环境等
２１．６ Ｖ；短路电流１．３９ Ａ；最大系统电压１ ０００ Ｖ。
诸多国际问题。
图２、图３是太阳能电池在１５℃时，光照分别为不对太阳
本课题设计了一种智能型太阳能路灯，该路灯融合了蓄电
能电池进行遮光处理和对太阳能电池进行遮光１／３处理下表
池充放电保护、光控、热释电红外线探测等多种技术。这些技
现出来的Ｊ—Ｕ和Ｐ—Ｕ特性。
术的应用，不仅可以提高太阳能路灯的照明效果，还能够降低
太阳电池板的选配功率和蓄电池的选配容量，从而大幅降低路 …士
灯的全寿命成本。 ＞， １『
＋Ｕ
１太阳能路灯智能化控制流程 １０｝
５ ｌ
图１清晰地显示了太阳能路灯智能化控制流程。当蓄电 Ｌ
池端电压降到过放电压时，断开放电回路；当达到恢复电压时，
２００ ４００ ６００ ８００ ｌ ０００
电流／ｍＡ
接通放电回路；当达到过充电压时，断开充电回路；当降到恢复
电压时，接通充电回路。
图２不同光照下的Ｉ－Ｕ曲线
／一．＼
芝１１２ｏ
／、、
斟８
／，，， ＼、
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＋Ｐ
督６
、
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／ ． ． ． ．
０ ５ ｌＵ ｌｂ Ｕ ｂ
电压／Ｖ
图３不同光照下的Ｐ—Ｕ曲线
对比曲线可以看出太阳能电池的基本输出特性具有以下
特点＿２］：
（１）太阳能电池的卜Ｌ厂曲线中低压段近似为恒流源，接
近开路电压时近似为恒压源；
图１太阳能路灯智能化控制流程图
（２）短路电流的大小近似同Ｅｌ照强度成正比，太阳能电池
当环境照度较低时，接通环境照度开关；当环境照度较高
的输出功率与日照强度成非线性关系；
时，断开环境照度开关。环境照度控制的环境照度开关接通
（３）输出功率在某一点是最大功率点（ＭＰＰ），且随着外界
后，实时探测感应区域内是否存在行人或车辆。当有行人或车
环境的变化而变化。
辆进入感应区域时，接通照明灯回路；行人或车辆在探测感应
２．２ ＭＰＰＴ控制
区域期间，照明灯回路一直接通，当行人或车辆离开后，延时
４０ Ｓ断开此照明回路 ］。
由于太阳能电池的功率输出曲线是非线性的，且容易受外
界环境和用电负荷的影响，因此要提高光伏发电系统的电能利
项目名称：浙江省科学自然基金委员会项目资助，项目编
用率，就需要控制系统不断地调整太阳能板的功率输出点，使
号：ＬＱ１２Ｆ０３００８
系统功率输出始终保持在最大功率点附近。本设计采用了改
项目名称：嘉兴学院大学生研究训练（ＳＲＴ）项目资助
进型扰动法的最大功率跟踪策略，其既保留了传统扰动法硬件
机电信息２０１３年第２１期总第３７５期１１３
设计与分析◆Ｓｈｅｊ ｉｙｕ Ｆｅｎｘ
・‘＿ｊ－＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿－－－＿－＿＿－＿・＿＿＿＿一
电路结构简单且容易实现的优点，同时还可以有效地提高跟踪
精度，减少系统振荡［３ｊ。改进扰动法最大功率跟踪具体的计算
思想是将固定步长的跟踪变为可变步长的跟踪，通过对太阳能
整流后输出电压和电流的采集，计算得到此时的输出功率
上Ｉ １６０ ｋｔｌ
Ｒ７
＝Ｃ¨
１０４
ＤＩ３ ｌｌＨ ｋｎ
｛Ｖ
Ｐ（ｆ），然后对输出电压施加一个正向的扰动，计算得出施加扰
动后的输出功率Ｐ（ｔ＋１），然后对输出功率Ｐ（ ）、Ｐ（￡＋１）作比
较，若Ｐ（ ）＜Ｐ（ｆ＋１），则说明施加的扰动方向是正确的，可以
口
ｌ
图５电压采样电路
按此扰动方向继续追踪最大功率点；若Ｐ（ｆ）＞Ｐ（ ＋１），则说明
施加的扰动方向是错误的，需要改变扰动的方向。
放电回路中的电流测量电路如图６所示。放电回路采用
了电压低端电阻检测方案，其电路简单、安全，降低了成本。实
际电路中增加了一级运放，提高了系统控制性能和测量精度。
３硬件设计
３．１系统硬件设计
本课题研制的光伏电源控制器以ＴＭＳ３２ＯＦ２８３３５ ＤＳＰ芯
片为主控芯片，采用了基于Ｂ（Ｘ）ＳＴ型ＤＣ－ＤＣ升压变换电路的
ＭＰＰＴ控制技术，提高了太阳能电池的利用效率，达到了降低
成本、节能环保的目的。引入ＩＸ；－ＩＸ；变换电路，还可以对蓄电
池的充电方式进行控制，实现恒压或者恒功率的充电方式，加
快蓄电池的充电速度，并延长蓄电池的使用寿命。路灯系统的
１ 作原理如网４所示。
灯具
电乐ｒＵ流
ｆＵ爪
采样电路
电 Ｌ
采佯
ｌ乜蹴
图４路灯系统的工作原理框图
本课题设计的路灯系统中要检测的信号包括充放电环路
的电流、太阳能电池的端电压、蓄电池的端电压。
ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５ ＤＳＰ芯片内部集成了Ａ、Ｂ两组８通道的ＡＤＣ
转换内核，在本设计中路灯系统的ＡＤ参考电压选择外部输入
电压，要输入ＤＳＰ ＡＤ通道的外部模拟信号必须经过调理，然
后ＤＳＰ对经过Ａ／Ｄ转换后的数据进行分析处理，并产生相应
的控制动作。系统中各待测物理量的ＡＤＣ采集通道分配如表
１所示。
表１ ＡＤＣ通道分配表
被测物理量 ＡＤＣ通道号
负载放电电流
ＡＤＣ１ＮＡ７
蓄电池充电电流
ＡＤＣＩＮＡ６
爪阳能电池输出电流
ＡＩ）ｃＩＮＡ５
蓄电池电压
ＡＩ）【：ＩＮＡ４
太阳能电池电压
ＡＤＣＩＮＡ３
３．２辅助电路设计
控制器工作时需要实时检测太阳能电池的端电压和蓄电
池的端电压，本设计采用精密电阻分压的方式来调整被测量，
电路图如图５所示。
１１４
图６负载电流检测电路
３．３主要配件选择
（１）光源选用１Ｏ颗功率为１ Ｗ的ＬＥＤ，相当于８Ｏ ｗ的
炽灯。
（２）太阳能光伏板选用２Ｏ Ｗｐ多晶硅组件。
（３）蓄电池选用１２ Ｖ、２４ Ａｈ阀控密封铅酸蓄电池。
（４）红外感应芯片选用Ｄ２０５Ｂ热释电红外线传感器，其利
用温度变化特征来探测红外线的辐射，采用四灵敏元互补的方
法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。
４结语
本课题以ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５ ＤＳＰ芯片为核心设计了一款基
于太阳能供电的大功率ＬＥＤ智能路灯照明系统，实现了光控、
人体红外感应、对蓄电池的ＭＰＰＴ控制及过充放保护，延长了
蓄电池的使用寿命，该系统在能源利用率和工作可靠性方而有
一
定的实用价值。
［参考文献］
［１］伊世明，徐贵生，高瑞林．一种智能型太阳能路灯的设计［Ｊ ．太
阳能，２００９（２）：２７￣２９
［２］王慧．独立光伏系统中智能充电方法的研究及应用［Ｄ］．两安
电子科技大学，２０１１
［３］胡国文，王银杰，王林．基于ＤＳＰ２８３３５的风光互补发电系统的
优化设计口］．电子设计１二程，２０１２（２０）：１０２￣１０５
收稿日期：２０１３—０４—０８
作者简介：舒丹阳（１９９１一），男，浙江湖州人，研究方向：电气
Ｔ程及自动化。
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