双Buck太阳能LED路灯照明控制系统设计方案

　　太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的无污染的洁净能源，已被公认为未来解决能源危机的最有效能源。LED灯具有寿命长、高效节能、环保等优势。因此，把太阳能与LED路灯有机地结合在一起，开发出太阳能LED灯照明控制器非常重要。目前市场上很多太阳能控制器，都是采用直充方式充电，没有对蓄电池进行管理控制，导致能源利用率不高，可靠性不强。本文所设计的基于STC12C5410AD的双Buck照明控制器，采用最大功率点充电，充分利用太阳能电池板的能量，对蓄电池进行浮充充电，防止蓄电池假充满的现象;对LED路灯采用二段式的恒流控制，以增强LED灯的使用寿命，实现了一种环保节能的照明模式，解决了市场上一些太阳能控制器的缺陷，是一种性价较高的产品。

　　1 系统原理

　　双Buck太阳能LED路灯照明控制系统原理图如图1所示。系统包括：太阳能电池、电压电流采集模块、同步Buck模块、蓄电池、LED路灯和STC智能控制器。太阳能电池组件为系统提供能源，通过采集太阳能电池板上的电压来判别是白天、黑夜，当检测电池板的电压高于一定值时，进入白天模式，此时：STC智能控制器通过所采集的太阳能电池板两端的电压和充电电流，控制同步Buck工作，实现对蓄电池的MPPT(Maximum Power Point Tracking)充电，当蓄电池的电压达到一定值时，进入浮充充电模式，实时采集蓄电池两端的电压，防止蓄电池过充、过放;当检测电池板的电压小于一定值时，进入黑夜模式，此时：打开并控制后级同步Buck电路，实现对LED路灯的恒流控制。

图1 系统原理图

　　本文研制的路灯照明控制系统主要应用场合是针对户外或者景观区地带。灯具选用单个1 W 的LED,6个并联、3 个串联组成一个18 W 的LED 路灯， 日工作10 个小时， 前5 个小时全功率(P 全=18 W) 工作， 后5 个小时半功率(P半=9W) 工作。福州地区峰值日照时数为t 峰=3.458 887 8 h ( 本系统选用3.5 h) , 假设路灯系统需要保持的连续阴雨天数d 为7 天， 两个连续阴雨天之间的间隔数d 间为7 天， 蓄电池放电效率η 放为90%, 蓄电池放电深度D 为0.75, 这时蓄电池的容量W蓄为：

　　W蓄=(t 全×P 全+t 半×P 半)÷η放÷D×d=(5 h×18 W+5 h×9 W)÷90%÷0.75×7=1400 Wh.

　　所以选择12 V、120 Ah 的铅酸蓄电池。设蓄电池充电效率η 充为85%, 则蓄电池单日所需的充电量W1为：

　　W1=(t 全×P 全+t 半×P 半) ÷η 放×(d 间+d)/d 间=(5 h×18 W+5 h×9 W)÷90%×(7+7)/7=300 Wh.

　　设太阳能电池板的峰值功率为W太， 太阳能电池组件系统综合损失系数为1.1 , 则：

　　W太×η 充×t 峰=W1×1.1.

　　W太×85%×3.5 h=300 Wh×1.1.