工程師技術分享：光電互補LED路燈控制器設計

1光電互補LED路燈控制器系統結構

光電互補LED路燈控制系統結構框圖如圖1所示，本系統中關鍵部件是控制器，控制器的功能主要有：

(1)白天對太陽能電池板的電壓和電流進行檢測，通過MPPT 算法追蹤太陽能電池板最大輸出功率點，使太陽能電池板以最大輸出功率給蓄電池充電，并控制太陽能電池對蓄電池進行充電的方式；

(2)控制光電互補自動轉換，晚上控制蓄電池放電，驅動LED 負載照明；當在太陽光照不足或陰雨天氣，蓄電池放電電壓達最低電壓時，能自動切換到市電供LED 路燈點亮；

(3)對蓄電池實行過放電保護、過充電保護、短路保護、反接保護和極性保護；

(4)控制LED 燈的開關，通過對外環境監測，可以控制LED 燈開燈、關燈時間。

2 充電電路及輸出控制

2.1 充電電路

充電電路用來調節充電電流與電壓，使太陽能電池板穩定地對蓄電池充電。由于每天在各個時段太陽能電池板所轉換的太陽輻射能不同，使得太陽能電池輸出的電流和電壓各不相同，這就需要通過必要的充電電路來控制。本電路就是用TL494實現的電壓型脈寬調制(PWM)控制電路，電路圖如圖2所示。

當R12所接的單片機給4腳一個高電平時，TL494的截止時間增大到100% ，TL494不工作，這樣就可以通過4腳輸入的電平高低決定是否對蓄電池充電。TL494的12腳接電源，14 腳輸出的5V基準電壓供單片機使用，同時R5、R6的分壓作為TL494中誤差放大器1的同相端(2 腳)恒壓充電時的參考電壓信號，電池正極電壓經R2、R3 分壓作為誤差放大器1的反相端(1 腳)輸入恒壓充電的給定電壓信號，兩者之間的偏差作為恒壓調壓器使用。2腳和3 腳間引入阻容元件，校正改善誤差放大器的頻響。系統工作時，實時檢測太陽能電池板的輸出電壓、蓄電池的電壓，并根據各個電壓值的不同狀況，控制太陽能電池對蓄電池充電與否，并根據設定的路燈時控或光控方式，控制LED 路燈是否點亮，以及點亮時供電方式在蓄電池和市電之間的合理切換。TL494 主要在單片機程序控制下完成對蓄電池、太陽能電池板的檢測以及充放電控制。

路燈的照明時間可以依據H1～H4上的直撥開關進行設置，每檔對應時間為1 小時、2 小時、4 小時、8 小時，這樣就可以通過不同的組合在1～15小時內作調整。系統軟件的控制流程圖如圖3所示。

在工作過程中，單片機會一直檢測太陽能電池和蓄電池的電壓，當太陽能電池的輸出電壓高于蓄電池2V以上，同時蓄電池的電量沒滿，單片機的11腳輸出低電平，芯片TL494開始工作，通過MOS管Q1對蓄電池充電。當充滿后，轉入浮充狀態，對蓄電池的自放電情況進行電量補償。對蓄電池的充電，開始是大電流恒流充電狀態，充電電流為Imax。當蓄電池的電壓達到52.8V時，充電器處于恒壓充電狀態，充電電流持續下降，當電流下降到250mA 并且蓄電池的電壓上升到56.4V左右不變時，蓄電池的電量已達額定容量的100%，電路進入浮充階段，給電池提供的浮充電壓抵消了蓄電池的自放電。當蓄電池的電壓達到57.6±0.2V，蓄電池達到過充電壓點，單片機的11 腳輸出高電平，芯片TL494 結束工作，蓄電池充電結束。

結論

通過對光電互補LED 路燈系統設計和實際測試觀察，其結果基本符合設計要求，但必須經過實際長期運行，不斷完善設計，才能達到太陽能有效利用、蓄電池容量匹配最合理、成本降到最低、性能價格比最好。