太陽能LED照明用一體化電源設(shè)計

張隆恩，宋仲康

（武漢理工大學(xué) 湖北 武漢 430070）

1 引言

從目前的具體分析來看，太陽能LED照明用一體化電源能夠有效的改變傳統(tǒng)利用中分體式設(shè)計結(jié)構(gòu)存在的設(shè)計復(fù)雜、效率較低和可靠性不強(qiáng)等問題。而為了對太陽能LED照明用一體化電源的具體利用效果進(jìn)行提升，深化分析，實(shí)現(xiàn)太陽能LED照明用一體化電源設(shè)計的整體性提高十分的必要?；诖?，討論分析太陽能LED照明用一體化電源的具體設(shè)計，了解其基本的構(gòu)成、軟硬件的具體特征及其控制系統(tǒng)等現(xiàn)實(shí)意義十分的顯著。

從目前的具體分析來看，太陽能LED照明用一體化電源能夠有效的改變傳統(tǒng)利用中分體式設(shè)計結(jié)構(gòu)存在的設(shè)計復(fù)雜、效率較低和可靠性不強(qiáng)等問題。而為了對太陽能LED照明用一體化電源的具體利用效果進(jìn)行提升，深化分析，實(shí)現(xiàn)太陽能LED照明用一體化電源設(shè)計的整體性提高十分的必要?；诖耍懻摲治鎏柲躄ED照明用一體化電源的具體設(shè)計，了解其基本的構(gòu)成、軟硬件的具體特征及其控制系統(tǒng)等現(xiàn)實(shí)意義十分的顯著。

2 系統(tǒng)的構(gòu)成

從目前社會中利用的常規(guī)太陽能LED照明產(chǎn)品組成分析來看，產(chǎn)品的構(gòu)成元件具有多樣性，比較基礎(chǔ)的元件有LED路燈光源/儲能蓄電池以及充放電控制器等等。在所有使用的構(gòu)件當(dāng)中，出于對充放電控制器和橫流驅(qū)動電源的獨(dú)立性考慮，分體式的設(shè)計方案被廣泛的應(yīng)用。在這樣的方案中，具體的利用需要對產(chǎn)品進(jìn)行選型，這樣才能夠形成完整的控制驅(qū)動系統(tǒng)。

常規(guī)的太陽能LED照明控制系統(tǒng)其穩(wěn)定性、可靠性都比較弱，主要是因?yàn)榉煮w式的設(shè)計無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，在系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整后，將系統(tǒng)的控制和驅(qū)動在同一電路中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，這樣，不僅系統(tǒng)的整體性和效率得到了提升，太陽電池組件整體的功率匹配也會明顯的提升，這對于太陽能燈具的成本降低和節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)意義重大。就具體的設(shè)計分析來看，要在同一主電路當(dāng)中實(shí)現(xiàn)控制驅(qū)動的一體化，需要采用雙向直流變換器電路。

3 電路設(shè)計

在太陽能LED照明的一體化電源設(shè)計中，為了實(shí)現(xiàn)一體化電源的具體利用，需要對電路的具體運(yùn)行做詳細(xì)全面的設(shè)計，以下便是對電路設(shè)計的研究和分析。

3.1 電路結(jié)構(gòu)

從具體的設(shè)計來看，雙向DC/DC變換器是主電路的重要組成，其主要分為隔離型和非隔離型兩大類。在一體化電源的設(shè)計中，采用非隔離的新型雙向變換拓?fù)錇橹麟娐愤M(jìn)行設(shè)計便可以得到基本的電路結(jié)構(gòu)圖。在電路結(jié)構(gòu)當(dāng)中，電容、電感以及繼電器的切換開關(guān)等都要做好相應(yīng)的布置，這樣，電路結(jié)構(gòu)在具體的使用中，開關(guān)的隔離保護(hù)作用會得到有效的發(fā)揮，電源系統(tǒng)的整體可靠性也會有明顯的提升。

3.2 工作模式分析

電路結(jié)構(gòu)在具體的應(yīng)用中其會呈現(xiàn)兩種完全不同的模式，即充電模式和放電模式。就放電模式的分析來看，蓄電池儲能是太陽照明采用的基本形式，但是從蓄電池的具體電壓提供來看，其一般為12V，而在LED光源負(fù)載的具體工作中，其工作電壓的范圍在30至36V之間，從二者的差異性進(jìn)行考慮，要想讓蓄電池的供電滿足基本的光源負(fù)載工作電壓要求，必須要對其進(jìn)行電壓的升級。因此在具體設(shè)計的時候，放電管理利用等效的變換電路，如此，蓄電池可以通過放電電路對LED的光源負(fù)載進(jìn)行放電，隨著放電行為進(jìn)行，蓄電池向電感的充電得以完成，電容負(fù)載的供電也可以有效實(shí)現(xiàn)?；贚ED照明光線的特性，采用等效變換電路恒流輸出為其供電。對放電模式進(jìn)行具體的分析發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)通過時時的采樣實(shí)現(xiàn)電流的輸出，通過控制調(diào)整開關(guān)，輸出電流可以進(jìn)行調(diào)節(jié)和改變，系統(tǒng)對LED光源負(fù)載的恒流驅(qū)動便可以實(shí)現(xiàn)。

太陽能LED照明系統(tǒng)中有放電必然會有充電，所以充電模式也是此系統(tǒng)分析中必須要清楚掌握的內(nèi)容。從具體的分析來看，變換電路要對蓄電池進(jìn)行充電儲能，可以利用太陽能光伏電池的等效降壓來實(shí)現(xiàn)，所以在開啟主導(dǎo)開關(guān)的時候，太陽電池向蓄電池進(jìn)行儲能。在連續(xù)沒有光照的情況下，系統(tǒng)會利用預(yù)留的市電互補(bǔ)輸入接口實(shí)現(xiàn)對電能的補(bǔ)充。就目前的資料分析來看，非線性輸出特性是光伏電池具有的明顯特征，所以其最大功率的輸出只有在某一電壓下才能夠?qū)崿F(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中光電能量轉(zhuǎn)換效率的提升，利用最大功率點(diǎn)的跟蹤算法控制充電電路，跟蹤太陽電池的最大功率點(diǎn)的目標(biāo)可以準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)這一效果，具體的設(shè)計中利用MPPT跟蹤控制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計

從具體的分析來看，太陽能LED照明用一體化電源要真正的實(shí)現(xiàn)，不僅要做好系統(tǒng)的一體化設(shè)計，對具體的系統(tǒng)控制也要進(jìn)行強(qiáng)化。從具體的分析來看，控制系統(tǒng)的目的實(shí)現(xiàn)需要由多組件進(jìn)行配合，而就目前的控制系統(tǒng)分析來看，其構(gòu)成十分的復(fù)雜，具體的有數(shù)據(jù)采集變換處理單元以及控制信號輸出等具體內(nèi)容。在進(jìn)一步的控制分析中發(fā)現(xiàn)，其中，對各項(xiàng)參數(shù)信息進(jìn)行采集分析和處理的是數(shù)據(jù)采處理單元，其將參數(shù)信息送入轉(zhuǎn)換口并通過AD對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，之后在利用程序算法，這些信息的調(diào)用便可以實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語

太陽能在目前的社會應(yīng)用中越來越廣泛，積極的進(jìn)行太陽能的開發(fā)和利用能夠有效的減少化石能源的開發(fā)和利用，這不僅對于能源節(jié)約有重要的意義，對生態(tài)環(huán)境保護(hù)也有重要的意義。在LED照明中，積極的使用太陽能可以減少我國電能供應(yīng)的壓力，而對太陽能LED照明用一體化電源進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計，不僅能夠提升太陽能的利用效率，更能夠?qū)鹘y(tǒng)太陽能利用的缺陷進(jìn)行改善，這無論是對太陽能的利用實(shí)效提升，還是對城市照明系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)強(qiáng)化都有重要的價值。

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[2] 馬永紅，于久昌.太陽能LED教室照明系統(tǒng)控制器的研究與設(shè)計[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2015(9)：25-28.