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  • 高亮度LED太阳能路灯照明系统解决方案

    作者:佚名 来源:网络 时间:2012-04-16 10:44 阅读:3154 [投稿]
    本文在研究太阳电池电路模型的基础上,提出了一种数模混合的最大功率点追踪策略,它可最大程度地利用太阳能,同时对固态光源LED 的驱动电路做了研究,最后用实验验证了该方案的高效性和实用性。

     
    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。 
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