工程师技术分享：光电互补LED路灯控制器设计

1光电互补LED路灯控制器系统结构

光电互补LED路灯控制系统结构框图如图1所示，本系统中关键部件是控制器，控制器的功能主要有：

(1)白天对太阳能电池板的电压和电流进行检测，通过MPPT 算法追踪太阳能电池板最大输出功率点，使太阳能电池板以最大输出功率给蓄电池充电，并控制太阳能电池对蓄电池进行充电的方式；

(2)控制光电互补自动转换，晚上控制蓄电池放电，驱动LED 负载照明；当在太阳光照不足或阴雨天气，蓄电池放电电压达最低电压时，能自动切换到市电供LED 路灯点亮；

(3)对蓄电池实行过放电保护、过充电保护、短路保护、反接保护和极性保护；

(4)控制LED 灯的开关，通过对外环境监测，可以控制LED 灯开灯、关灯时间。

2 充电电路及输出控制

2.1 充电电路

充电电路用来调节充电电流与电压，使太阳能电池板稳定地对蓄电池充电。由于每天在各个时段太阳能电池板所转换的太阳辐射能不同，使得太阳能电池输出的电流和电压各不相同，这就需要通过必要的充电电路来控制。本电路就是用TL494实现的电压型脉宽调制(PWM)控制电路，电路图如图2所示。

当R12所接的单片机给4脚一个高电平时，TL494的截止时间增大到100% ，TL494不工作，这样就可以通过4脚输入的电平高低决定是否对蓄电池充电。TL494的12脚接电源，14 脚输出的5V基准电压供单片机使用，同时R5、R6的分压作为TL494中误差放大器1的同相端(2 脚)恒压充电时的参考电压信号，电池正极电压经R2、R3 分压作为误差放大器1的反相端(1 脚)输入恒压充电的给定电压信号，两者之间的偏差作为恒压调压器使用。2脚和3 脚间引入阻容元件，校正改善误差放大器的频响。系统工作时，实时检测太阳能电池板的输出电压、蓄电池的电压，并根据各个电压值的不同状况，控制太阳能电池对蓄电池充电与否，并根据设定的路灯时控或光控方式，控制LED 路灯是否点亮，以及点亮时供电方式在蓄电池和市电之间的合理切换。TL494 主要在单片机程序控制下完成对蓄电池、太阳能电池板的检测以及充放电控制。

路灯的照明时间可以依据H1～H4上的直拨开关进行设置，每档对应时间为1 小时、2 小时、4 小时、8 小时，这样就可以通过不同的组合在1～15小时内作调整。系统软件的控制流程图如图3所示。

在工作过程中，单片机会一直检测太阳能电池和蓄电池的电压，当太阳能电池的输出电压高于蓄电池2V以上，同时蓄电池的电量没满，单片机的11脚输出低电平，芯片TL494开始工作，通过MOS管Q1对蓄电池充电。当充满后，转入浮充状态，对蓄电池的自放电情况进行电量补偿。对蓄电池的充电，开始是大电流恒流充电状态，充电电流为Imax。当蓄电池的电压达到52.8V时，充电器处于恒压充电状态，充电电流持续下降，当电流下降到250mA 并且蓄电池的电压上升到56.4V左右不变时，蓄电池的电量已达额定容量的100%，电路进入浮充阶段，给电池提供的浮充电压抵消了蓄电池的自放电。当蓄电池的电压达到57.6±0.2V，蓄电池达到过充电压点，单片机的11 脚输出高电平，芯片TL494 结束工作，蓄电池充电结束。

结论

通过对光电互补LED 路灯系统设计和实际测试观察，其结果基本符合设计要求，但必须经过实际长期运行，不断完善设计，才能达到太阳能有效利用、蓄电池容量匹配最合理、成本降到最低、性能价格比最好。