基于單片機的大功率太陽能LED路燈設計與仿真

1、引言

LED作為第四代照明光源，正以其獨有的優越性在城市美化、道路照明、庭院照明、室內照明以及其他各領域中得到越來越廣的應用。尤其在偏遠無電地區，太陽能照明燈具以其不可阻擋的優勢得到迅速的推廣應用。某作者對LED燈中的太陽能電池板的安裝、控制器的功能、鉛蓄電池的安置和恒流驅動電路等進行了探討，但沒有給出控制器等關鍵電路的設計和仿真。另一些作者從光源設計、驅動電路設計和散熱設計3方面說明了LED路燈設計中應遵循的原則，但使用的電路沒有實現智能化，無法進行程序控制。

本文設計和仿真了一基于AT89C52單片機智能控制的，功率約為40W太陽能LED路燈。它采用了雙電源供電模式，具備光控和時控功能，抗干擾能力較強。文中主要介紹了太陽能LED路燈發光面板的設計、太陽能電池與蓄電池的選擇，同時詳細分析和討論了路燈各部分的電路設計及工作原理，并應用Protues和keil軟件對LED路燈的充電電路、升壓電路和控制電路進行了仿真。仿真結果與設計指標一致。

2、太陽能LED路燈硬件電路設計

2.1 系統硬件組成

太陽能LED路燈系統主要由太陽能電池組件、LED燈具、燈桿和控制箱(內有充電器、控制器、蓄電池等等)四部分構成。本文設計的太陽能LED路燈總功率約為40W.電路的結構原理圖如圖1所示。從中可以看出，該系統采用的是雙電源供電。系統電路主要由太陽能電池、蓄電池、充電電路、升壓電路、控制電路、電LED驅動電路和LED陣列組成。

圖1 太陽能LED路燈系統結構

2.2 LED工作原理與電路設計

LED具有對電壓敏感的特性，本設計選用的是杭科電子公司制造的型號為HKP2D1W1的30顆的白光LED.從圖2(A)所示的LED特性曲線圖可知，當正向電壓達到314V以后只要稍微改變順向電壓，正向電流就會有很大的變化。為了得到預期的亮度并且避免正向電流超過LED的最高額定電流，因此本文采用的LED驅動方式為電流驅動。

LED陣列采用5行6列的形式，電路如圖2(B)所示。LED選用同一公司同一批次的產品，這樣可以認為每顆LED的特性基本相同的。因此流過每一列LED的電流均為350mA，也就是該一型號的LED的典型工作電流。系統的照明功率約為40W，光通量約為1200lm.

圖2 LED特性曲線及整列圖