基于TL431的太阳能LED路灯控制器设计

摘  要： 设计了一种采用低成本TL431等电子器件的新型控制器，具有过充电、过放电保护、LED准恒流控制等功能，并可根据亮度自动启动和关闭LED路灯。实验表明：该控制器不仅能够满足LED路灯的控制要求，而且运行可靠、成本低廉、维修方便，具有极高的推广价值。
关键词： 太阳能；LED灯；控制器；TL431
   　太阳能路灯系统实质上是一个小的独立光伏系统，主要由太阳能电池、蓄电池、控制电路、照明电路四部分组成。
     目前，太阳能路灯控制器还处于研究和开发阶段，市售的控制器多采用单片机控制方式，有电路复杂、成本较高、维修困难等缺点[1-3]。针对这些不足，本文设计了一种新型的太阳能LED照明控制电路，利用TL431的可控开关特性实现了太阳能路灯系统路灯的开关控制、蓄电池过充电、过放电保护等功能。该控制器高效、节能、灵敏，能够满足太阳能路灯在实际应用中的要求。
1 控制器主要功能
     (1)蓄电池过充电保护功能：白天，光伏板在控制器的控制下向蓄电池充电，当蓄电池端电压升高到14.4 V时，控制器自动切断充电回路，防止过充电，保护蓄电池，延长其寿命。
     (2)蓄电池过放电保护功能：夜晚，蓄电池在控制器的控制下向LED路灯供电，当蓄电池端电压降低到10.6 V时，控制器自动切断LED路灯，避免蓄电池过放电。
     (3)LED路灯自动通断功能与恒流控制功能：夜幕降临时，自然光照亮度低于室外照明亮度要求，控制器自动打开太阳能路灯开关，蓄电池向路灯供电。当白天自然光充足时，控制器控制太阳能路灯自动熄灭。蓄电池电压通常被控制在10.6 V~14.4 V之间。为保持LED路灯的光照度基本一致并提高蓄电池供电时间，通过LED路灯恒流控制电路控制LED路灯电流基本保持恒流。
2 控制器硬件设计
     本文设计的太阳能路灯控制器电路如图1所示。
   
   2.1 TL431芯片简介
     TL431是德州仪器公司（TI）生产的一个有良好热稳定性能的精密三端并联稳压二极管并联稳压器。如图2所示，TL431由一个2.5 V的精密基准电压源、一个电压比较器和一个输出开关管等组成。参考端R的输出电压与2.5 V的精密基准电压源比较，当R端电压VR达到或超过2.5 V时，TL431阴极向阳极方向立即导通[4]。精确控制R极信号电压，就可以精确控制其阴极向阳极方向的开关状态。