太陽(yáng)能路燈電路設(shè)計(jì)與仿真

本文設(shè)計(jì)和仿真了一基于AT89C52單片機(jī)智能控制的，功率約為40W太陽(yáng)能LED路燈。它采用了雙電源供電模式，具備光控和時(shí)控功能，抗干擾能力較強(qiáng)。文中主要介紹了太陽(yáng)能LED路燈發(fā)光面板的設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能電池與蓄電池的選擇，同時(shí)詳細(xì)分析和討論了路燈各部分的電路設(shè)計(jì)及工作原理，并應(yīng)用Protues和keil軟件對(duì)LED路燈的充電電路、升壓電路和控制電路進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)一致。

2、太陽(yáng)能LED路燈硬件電路設(shè)計(jì)

2.1、系統(tǒng)硬件組成

太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池組件、LED燈具、燈桿和控制箱（內(nèi)有充電器、控制器、蓄電池等等）四部分構(gòu)成。本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能LED路燈總功率約為40W。電路的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。從中可以看出，該系統(tǒng)采用的是雙電源供電。系統(tǒng)電路主要由太陽(yáng)能電池、蓄電池、充電電路、升壓電路、控制電路、電LED驅(qū)動(dòng)電路和LED陣列組成。

圖1 ?太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2、LED工作原理與電路設(shè)計(jì)

LED具有對(duì)電壓敏感的特性，本設(shè)計(jì)選用的是杭科電子公司制造的型號(hào)為HKP-D1W1的30顆的白光LED。從圖2（A）所示的LED特性曲線圖可知，當(dāng)正向電壓達(dá)到3.4V以后只要稍微改變順向電壓，正向電流就會(huì)有很大的變化。為了得到預(yù)期的亮度并且避免正向電流超過(guò)LED的最高額定電流，因此本文采用的LED驅(qū)動(dòng)方式為電流驅(qū)動(dòng)。

LED陣列采用5行6列的形式，電路如圖2（B）所示。LED選用同一公司同一批次的產(chǎn)品，這樣可以認(rèn)為每顆LED的特性基本相同的。因此流過(guò)每一列LED的電流均為350mA，也就是該一型號(hào)的LED的典型工作電流。系統(tǒng)的照明功率約為40W。

圖2 ?LED特性曲線及整列圖

2.3、太陽(yáng)能電池與蓄電池的原理及選擇

本設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能LED路燈主要應(yīng)用于江南地區(qū)，采用大功率LED光源，路燈功耗為36.75W，每天工作9小時(shí)，正常情況下，蓄電池能保證連續(xù)供電4個(gè)陰雨天。

江南地區(qū)峰值日照時(shí)間約為3.432h。LED發(fā)光面板的工作電壓為17.5V，總功率為36.75W。因此負(fù)載日耗電量為36.75÷17.5×9=18.9AH。所需太陽(yáng)能組件的總充電電流為1.05×18.9×（16+4）÷16÷（3.432×0.85）=8.51A，其中，1.05為太陽(yáng)能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，蓄電池充電效率為0.85，兩個(gè)連續(xù)陰雨天的時(shí)間間隔假設(shè)不小于16天。太陽(yáng)能電池的最小功率約為17.5×8.51=148.9W，因此采用峰值輸出功率為150W，單塊輸出功率為75W的太陽(yáng)能電池組基本可以保證全年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行。

本設(shè)計(jì)選擇了最常見(jiàn)的12V蓄電池。結(jié)合上面的數(shù)據(jù)，可以算出負(fù)載日耗電量為36.75÷12×9=27.6（AH），在蓄電池充滿電的情況下保證4個(gè)連續(xù)的陰雨天，因而蓄電池的容量為27.6×（4+1）=138（AH）。

2.4、充電電路的設(shè)計(jì)

本文采用的充電電路單路示意圖如圖3所示。

圖3 ?單路充電電路

由集成開(kāi)關(guān)元件MC34063構(gòu)成的充電電路，該充電電路輸入電壓為17.5V，輸出電壓為14.3V，單路輸出電流達(dá)600mA，紋波系數(shù)小于等于10mV，圖中D1則是起到一個(gè)過(guò)充保護(hù)的作用。由于二極管的壓降和單向?qū)ㄐ?，蓄電池的電壓達(dá)到14.3V以后將自動(dòng)停止充電，并保證蓄電池的電流不會(huì)逆流。