基于PWM的路燈節能裝置的設計

1 引言

　　隨著城市現代化建設步伐的加快，社會對城市道路照明及城市亮化工程的要求也更高，國家明確要求要把節約資源作為國家的基本的國策，節能已成為社會發展的主流。

　　本文設計了基于ATmega128處理器為核心搭建硬件平臺，設計了PWM斬波調壓電路，實現了對路燈電壓的合理調節。電壓自動調節電路主要以PWM斬波技術為核心，設計實際電路，調試獲得成功，達到了降壓的目的。針對在該種降壓電路中開關管的工作頻率較高，會產生高次諧波，為了抑制高次諧波，通過具體計算設計了濾波電路，并調試成功。

　　2 系統總體設計

　　如圖1所示：首先，是建立一個交流調壓系統，系統的被控對象為電網電壓，控制器通過交流斬波技術對電網電壓波形進行斬波，達到調壓的效果，并且通過電壓采集電路對輸出電壓進行采集，控制器得到電壓的采樣值并對其進行分析，根據分析結果對被控對象進行下一步的調節，直到輸出電壓達到理想的狀態；其次，通信接口的設計，RS-232串口通信功能傳輸數據的接口電路的設計，形成完整的通信功能；再次，對系統的通用性，交互性及人性化設計，通過鍵盤接口對系統參數進行設定，并且通過液晶顯示模塊顯示操作要求和數據。

　　3 系統硬件電路的設計

　　3.1 脈寬調制降壓設計思路

　　本方法主要通過控制開關的頻率以使輸出電壓的有效值降低達到降壓的目的，PWM的頻率在180KHz—200KHz，可以無級調整，輸出電壓波形為標準的正弦波，但需要濾波。

圖2 脈寬調制降壓原理圖

　　如圖2所示電路，由二極管D1、D2、D3、D4組成的橋式整流電路中，由于二極管的單向導電性，可以判斷A點的電壓始終高于B點的電壓。在A、B之間接三極管，利用三極管的開關特性對橋式電路的輸出進行控制，這就是所謂的脈寬調制原理。當控制電壓為一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，并且按照一定的規則對各脈沖寬度進行調制，便可以得到相應的輸出電壓。此時電路輸出的波形為被高頻脈沖切割后的電壓波形，為了得到標準的正弦波，并且減小高頻分量對電源質量的影響，分別在電路的輸入和輸出端串聯一個電抗器進行平波。綜上所述，便得到了利用脈寬調制原理，通過控制整流電路來改變輸出電壓的電路。通過該電路后產生的波形雖然有諧波，需要濾波，但是其成本相對來講較低，并且輸出的是標準的正諧波。