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太阳能-LED路灯
    本文介绍的基于TI Cortex-M3 Stellaris MCU的太阳能-LED路灯方案,能自动检测环境光以控制路灯的工作状态,最大功率点追踪(MPPT)保证最大太阳能电池板效率,恒电流控制LED,并带有蓄电池状态输出以及用户可设定LED工作时间等功能。
目前街灯普遍使用的是市电供电的高压钠灯结构,其中高压钠灯的电子驱动部分需要把市电从交流转化为直流,再逆变到交流来驱动,导致系统效率较低;而且由于使用的是市电,需要铺设复杂、昂贵的管线。太阳能-LED街灯则不具备以上的问题,由于太阳能电池板输出的是直流电能,而LED也是直流驱动光源,两者的结合更能提高整个系统的效率;太阳能的使用也免去了铺设电缆及其相关工程的费用。
   

上图是控制器的结构框图。太阳能电池板进来后会首先经过一个开关MOS管KCHG连接到直流/直流变换器(蓄电池充电电路),此变换器的输出连接到蓄电池两端(实际电路里会先通过一个保险丝再连到蓄电池上)。加上KCHG有两个作用:一是防止太阳能电池输出较低时由蓄电池过来的反充电流;二是当太阳能电池板极性接反时起到保护电路的作用。直流/直流变换器采用降压拓扑结构,拓扑结构的选择不仅得考虑太阳能电池板最大功率点电压和蓄电池最大电压,而且同时得兼顾效率和成本。蓄电池和LED之间也是通过一个直流/直流变换器(LED驱动电路),对LED要采用恒流控制方式,考虑到蓄电池电压的波动范围以及LED的工作电压范围,设计电路中采用反激式拓扑结构来保证恒流输出。反激式拓扑的效率一般没有简单的升压或者降压电路高,如果要提升系统的效率,可以通过优化蓄电池电压与LED电压的关系来采用升压或者降压电路,提升效率并可能进一步减低成本。     

    整个控制器的控制是通过一个MCU来实现,MCU的主要工作包括以下几点:一是采用MPPT算法来优化太阳能电池板工作效率;二是针对蓄电池不同状态采用合适的充电模式;三是保证LED驱动电路的恒流输出;四是判断白天黑夜并以此来切换蓄电池充电和放电模式;最后就是提供监控保护、温度监测、状态输出和用户控制输入检测(DIP1~4)等功能。MCU的选择最主要是满足ADC、GPIO和外部中断的需要,不需要单纯追求速度,主控芯片使用LM3S812(TI最新款Stellaris系列MCU,采用Cortex-M3内核)。

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