双Buck太阳能LED路灯照明控制系统设计方案

2.1.2 电流、电压采集电路

太阳能充电电流采集采用0.03 Ω的采样电阻进行采样，并选取MAX4080TASA芯片进行电压放大，放大倍数为20倍，可检测到的最大电流达到8.3 A.电压采集采用电阻分压降压的采集方法。模数地加磁珠分离，以减小模拟地对系统的干扰。采集上来的数据通过射随跟随器跟随，以提高所采集数据的精确度。

2.1.3 防雷电路

采用双层防雷保护措施，选取压敏电阻接大地和控制前级Buck电路使能端共同作用。当没有雷电时，压敏电阻阻值比较大;当有雷电时，压敏电阻阻值变小，高压脉冲通过压敏电阻到地，把能量通过大地流走。当系统检测到太阳电池板的电压降到一定值时，就把IR2104的控制端置零，使Buck停止工作，保护后级电路不受雷电的影响。

2.2 放电控制

LED路灯的驱动同样采用同步Buck电路，其驱动控制电路如图3所示，通过检测采集上来的电流信号，STC单片机控制PWM信号输出，实现恒流控制。采用同步Buck转换效率可高达95%,容易实现全功率、半功率及各个功率的输出控制。负载LED的电流采集采用MAX4080TASA,数字地和模拟地通过磁珠隔离，尽量减小地的干扰，能够实现较好地恒流控制。

图3 LED同步Buck电路

3 系统软件设计

系统软件流程图如图4所示。STC12C5410AD单片机内部集成4路PWM发生器和8路10 bit的A/D转换器，可直接实现PWM输出和A/D转换。系统实时采集太阳能电池板和蓄电池两端电压，当检测到太阳能电池板的电压大于6 V(6 V是设定的白天标志值)时，延时3 min,在3 min内实时监测电池板电压，若3 min后电池板电压仍大于6 V,则进入充电模式：(1)关闭路灯，采集蓄电池电压，当蓄电池两端的电压小于14.7 V时，使能电感厂家前级Buck电路控制端，采集电压电流信号，控制单片机调制PWM输出，采用双向扰动法电感器用途实现最大功率点充电。(2)当采集的电流小于0.2 A时，进入固定电压法充电模式，把太阳能电池板的电压输出稳在28 V~32 V之间(选择端电压为40 V的太阳能板);(3)当蓄电池电压上升到14.7 V时，转为浮充充电模式，蓄电池浮充电压设为13.6 V~13.8 V.当电池板的电压降到6 V时，置零前级的Buck电路控制端延时3 min,3 min内实时监测电池板电压。如果3 min后采集上来的电压值还是小于6 V,则进入放电模式：使能后级Buck电路控制端，这时路灯点亮，全功率放电，延时5个小时后进入半功率放电模式，系统时刻监测天亮，天亮或延时插件电感器5个小时结束，则路灯关闭。系统实时采集蓄电池电压，可以保证过充和过放保护，防止蓄电池损害，实现无人值守工作。

图4 软件流程图

4 实验结果

系统前级同步Buck电路双MOS管的驱动波形如图5所示。由图可以看出，采用IR2104做同步驱动的波形效果还是较好的，添加电阻限流和二极管加速MOS管结电容的放电，进一步降低了开关损耗，提高了效率。A为Q1管驱动波形图，B为Q2管驱动波形图，由于示波器的两个探头内部是相连的，所以图中A和B波形图都是相对于模拟地的。从图中可以看出，两种MOS管的驱动波形能电感生产得到很好的互补，能较好地控制同步Buck工作，实现最大功率点跟踪。

图5 前级同步Buck驱动波形

后级同步Buck电路中双MOS管Q3、Q4的驱动波形如图6所示。通过调节占空比可以调节LED的功率。为了合理利用蓄电池中的能量，LED驱动采用恒流驱动方式，全功率为控制PWM波实现2 A恒流输出，半功率控制PWM波实现1 A恒流L插件电感器ED驱动，通过软件调节各个时刻的输出功率。对基于IR2104的同步Buck电路LED驱动方案进行测试发现：当工作频率为20 kHz、输出占空比为90%的PWM波时，蓄电池电压为11.94 V,放电电流为1.777 A,LED两端电压为10.199 V,LED灯供电电流为1.977 A,效率高达95.03%.因此可以看出，这是LED恒流驱动的一种可行性方案。

图6 后级同步Buck驱动波形

本文研制的基于STC12C5410AD的双Buck太阳能照明控制器，可实时采集太阳能电池板电压，能够正常准确地检测出白天、黑夜，利用自举芯片IR2104实现同步Buck,采用最大功率点和浮充两种方式对蓄电池进行充电，并对蓄电池进行管理，以防止过充和过放，LED路灯恒流输出，系统已经正常工作了2个月。虽然防反充二极管选用的是肖特基二极管，但是，损耗还是比较大的。今后将采取一些措施减小防反充二极管的损耗，进一步提高充电效率。 差模电感常用电感器差功率电感模

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