高亮度LED太陽能路燈照明系統設計方案

式（1）代入得：

因此，輸出功率和D 的關系與圖2 中的P 和U關系相似。從而可通過擾動D,實現輸出功率的變化，并尋找出MPP.由于輸出電壓即蓄電池的充電電壓短期內變化不大，在進行D 擾動尋找MPP 期間可近似認為恒定，因此輸出功率的大小直接反應在輸出電流即蓄電池的充電電流上，通過采樣該充電電流值，從而判斷出輸出功率隨D 擾動的變化情況，以便進行MPPT.為了提高控制精度和驅動能力，單片機與開關管間加入了D/A 轉換和PWM芯片，圖4 示出其主電路拓撲。

4 最大功率點追蹤（MPPT）

電路尋找MPP 的工作原理可簡述為：通過不斷改變開關管驅動信號的D,直至蓄電池的充電電流達到最大，此刻即可認為太陽電池的輸出功率達到最大，實現太陽電池的最大功率點追蹤。在尋找MPP 過程中，根據D 的擾動情況，輸出功率有3 類模式，對應9 種大小關系。

圖5 示出輸出功率隨D 擾動的變化情況

根據上述模式變化，擾動開關管的D,當檢測到當前輸出功率與D 的大小關系為模式2 時，即可認為已搜尋到MPP,同時將以該D 進行工作。

考慮到溫度及光照條件的改變，太陽電池的輸出參數不斷變化，同時導致MPP 的漂移，單片機在經過設定時間后，將再一次做D的擾動，搜尋新的MPP,以保證太陽電池的最大功率輸出，從而有效利用太陽能。

根據上述分析，編制了相關程序。圖6 示出其設計流程。

圖6 軟件設計流程圖

通過實驗發現，在晴日里不同時刻的MPP 處，電路工作的D 均變化不大。因此，為了避免搜尋過程中造成尋找時間太久及帶來的能量浪費，下一時刻進行MPP 追蹤的搜尋起點設定為上一次MPP 時的D 值。

5 MPPT 策略實驗結果

主電路的工作頻率為100kHz,當搜尋到輸出電流達到最大時，即認為該點為電路工作的MPP,圖7 示出此刻的驅動信號Ugs 實驗波形。可見，此時開關管的D≈0.65,這與理論分析結果很吻合。表1 給出由上述分析得到的傳統電路與MPPT 電路的對比性試驗結果。

圖7 輸出最大功率時的ugs 波形

表1 傳統充電電路與MPPT 充電電路的實驗結果

由表1 可見，傳統太陽能充電電路中，15W的Parr 最大值出現在早上溫度不高、光照比較強的時刻，但此時的利用率僅僅約為68.4%;而采用帶有MPPT 功能的DC 變換電路后，輸出功率明顯上升。

6 結論

LED 燈的恒流驅動，對抑止光衰現象起到了很有效的作用；通過數模混和的方法，避免了單純數字控制所帶來的控制精度不高等問題，且單片機的智能控制，使得能夠較快的尋找到最大功率點，提高了太陽能板的利用率及整個路燈照明系統的性能價格比。