双Buck太阳能LED路灯照明控制系统

摘   要: 利用新型能源，把太阳能和高效节能的LED路灯有机地结合在一起，开发出一款基于STC12C5410AD单片机的双Buck太阳能LED路灯照明控制系统。前级基于IR2104的同步Buck电路实现最大功率充电，后级采用同步Buck实现LED灯恒流驱动。该控制器具有驱动能力强，DC-DC转换效率高，最大功率点跟踪充电和浮充充电共同作用，具有防过充、防过放、防雷等保护功能，同时可以实现无人值守工作。
关键词： 太阳能; 同步Buck; IR2104; 最大功率点跟踪
       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。