升压电路与控制电路的设计 - 太阳能路灯电路设计与仿真

接线图 2023年09月27日 21:02 195 admin

2.5、升压电路与控制电路的设计

一个良好的系统控制电路对太阳能LED路灯来说是至关重要的。其基本功能是实现对蓄电池过放保护、自动识别周围环境以及路灯的自动控制等。为了保证系统的稳定性和可靠性，本文所设计的太阳能LED路灯支持双电源供电，即：当连续的阴雨天超过4天时或者蓄电池电压降低时，系统将会开启市电模式，并及时对蓄电池充电。设计的升压和控制电路如图4所示。

升压电路与控制电路的设计 - 太阳能路灯电路设计与仿真第1张

图4 升压与控制电路

该电路作为太阳能LED路灯的控制电路，其核心元件是AT89C52单片机。为了保证系统的可靠性和稳定性，本文研究的太阳能LED路灯包括太阳能模式和市电模式两种供电模式。AC-DC电源的输出功率一般选择比额定总功率高出1.5倍~2.5倍之间。太阳能LED路灯总功率约为40W左右，因此选择了型号为HTSP-100F-24，输出电压为24V，最大输出电流为4.5A的开关电源。K2连接着蓄电池和升压电路，K1连接着充电电路和蓄电池，K3连接着24V开关电源和驱动电路。单片机和比较器等所需要的5V正电源由24V开关电源经过7805变压后产生，C5和C6是滤波电容。比较器采用了最普通的集成运放LM358。其输出端接单片机，正端连接到一个基准电压源上，该基准电压源的型号为LM385-2.5，用于产生2.5V的比较电压，R3是限流电阻。蓄电池的电压经过R1和R2分压后接比较器的负端。当反馈后来的电压低于2.5V时，比较器反转，系统就认为蓄电池电量不足，于是就启动欠压保护并进入市电供电模式。D4是光敏二极管，R7是限流电阻。

当有一定强度的光线照到光敏二极管上时，光敏二极管导通，R4上面将产生一个4.3V左右的电压，否则，光敏二极管截止，R4上面的电压几乎为0。单片机实时接收R4上面反馈回来的电压，从而判断周围光线的强弱。蓄电池的电压只有12V，而驱动电路要求的输入电压要高于19V，因此需要设计一个升压电路。本文采用的是倍压电路，即通过单片机控制Q1、Q2和Q3的通断，加上D1、D2这两个二极管的单向导通特性，使得电容C1上的电压达到蓄电池两端电压的二倍。当Q1截止时，Q2和Q3导通，蓄电池对C1和C2充电，VC1=VC2=Vin;当Q1导通时，Q2和Q3导截止，蓄电池和C1串联给C2充电，此时VC2=Vin+VC1≈2Vin=24V。

考虑到实际中倍压电路的带负载能力不太强，输出功率较高时会导致电压的大幅度跌落，为了保证蓄电池输出电压在19V（LED阵列驱动电路能正常工作地最小电压）以上，本文选取C1=C2=4400uF/50V，单片机控制开关的频率f=1000Hz，ΔU=I/6fC（4N3+3N2+2N）=（4×8+3×4+2×2）I/（6×1000×0.0044）≈2I≈4V，实际输出电压Vout=24-4=20V。输出电压波纹为（N+1）NI/4fC=3×2I/（4×2000×0.0022）≈0.375I≈0.5V。为了增加路灯控制的准确性，本系统还增加了时控功能。电路图中的DS1302即为一种低功耗的时钟芯片，它能准确地输出年月日时分秒，从而供系统参考使用，还可以用来设定路灯的工作时间。时控电路和光控电路的同时存在还能增加太阳能LED路灯抗干扰的能力。因为光控电路虽然能判断周围环境的光线强弱，但是也存在被闪电等其他光源干扰的可能性，因此，它与时控电路的一起配合，使得太阳能LED路灯系统既能判断周围的光照强弱，又能防止被误触发。

2.6、LED驱动电路的设计

该电路主要由两片AMC7150构成两路驱动，每一路的参数也都一样。AMC7150所需的外围元件较少，C1、C2是滤波电容，C3、C4是定时电容，决定AMC7150的开关管工作频率。D1、D2是快速开关二极管，L1、L2是电感，其作用也是为了稳定输出端的电流。R1、R2是限流电阻，其大小取决于输出的平均电流大小和纹波电流大小。本文中设计的驱动器每路输出电流大小为1050mA，纹波电流不大于100mA。因此计算公式为：Rse=330mV/（1050mA+0.5×100mA）=0.3Ω。电路图如图5所示。

升压电路与控制电路的设计 - 太阳能路灯电路设计与仿真第2张