高亮度LED太阳能路灯照明系统解决方案

 
由图2 可知，在MPP 时，dParr /dUarr=0,（d2Parr /dUarr2）<0,因此可由式（3）和式（4）化简为： 

 
因此，输出功率和D 的关系与图2 中的P 和U关系相似。从而可通过扰动D,实现输出功率的变化，并寻找出MPP.由于输出电压即蓄电池的充电电压短期内变化不大，在进行D 扰动寻找MPP 期间可近似认为恒定，因此输出功率的大小直接反应在输出电流即蓄电池的充电电流上，通过采样该充电电流值，从而判断出输出功率随D 扰动的变化情况，以便进行MPPT.为了提高控制精度和驱动能力，单片机与开关管间加入了D/A 转换和PWM芯片，图4 示出其主电路拓扑。 
4.最大功率点追踪（MPPT） 
电路寻找MPP 的工作原理可简述为：通过不断改变开关管驱动信号的D,直至蓄电池的充电电流达到最大，此刻即可认为太阳电池的输出功率达到最大，实现太阳电池的最大功率点追踪。在寻找MPP 过程中，根据D 的扰动情况，输出功率有3 类模式，对应9 种大小关系。 

 
图5 示出输出功率随D 扰动的变化情况 
根据上述模式变化，扰动开关管的D,当检测到当前输出功率与D 的大小关系为模式2 时，即可认为已搜寻到MPP,同时将以该D 进行工作。
考虑到温度及光照条件的改变，太阳电池的输出参数不断变化，同时导致MPP 的漂移，单片机在经过设定时间后，将再一次做D的扰动，搜寻新的MPP,以保证太阳电池的最大功率输出，从而有效利用太阳能。 
根据上述分析，编制了相关程序。图6 示出其设计流程。 

 
图6 软件设计流程图 
通过实验发现，在晴日里不同时刻的MPP 处，电路工作的D 均变化不大。因此，为了避免搜寻过程中造成寻找时间太久及带来的能量浪费，下一时刻进行MPP 追踪的搜寻起点设定为上一次MPP 时的D 值。 
5.MPPT 策略实验结果 
主电路的工作频率为100kHz,当搜寻到输出电流达到最大时，即认为该点为电路工作的MPP,图7 示出此刻的驱动信号Ugs 实验波形。可见，此时开关管的D≈0.65,这与理论分析结果很吻合。表1 给出由上述分析得到的传统电路与MPPT 电路的对比性试验结果。 

 
图7 输出最大功率时的ugs 波形 
表1 传统充电电路与MPPT 充电电路的实验结果 

 
由表1 可见，传统太阳能充电电路中，15W的Parr 最大值出现在早上温度不高、光照比较强的时刻，但此时的利用率仅仅约为68.4%;而采用带有MPPT 功能的DC 变换电路后，输出功率明显上升。 
6.结论 
LED 灯的恒流驱动，对抑止光衰现象起到了很有效的作用；通过数模混和的方法，避免了单纯数字控制所带来的控制精度不高等问题，且单片机的智能控制，使得能够较快的寻找到最大功率点，提高了太阳能板的利用率及整个路灯照明系统的性能价格比。