独立光伏LED照明系统的设计与实现

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摘 要

太阳能是一种可再生的清洁型能源，LED是一种节能、环保的固态电光源。二者的结合太阳能半导体照明是最佳的环保节能组合，独立光伏led照明系统就是二者的完美结合。本文从系统组成、充电控制、放电设计、调试等四个方面研究了独立光伏LED照明系统的设计与实现。

【关键词】独立光伏 LED 照明系统 设计

能源问题和环境问题是关系到人类社会可持续发展的重要问题，太阳能是取之不尽用之不竭的绿色能源，太阳能的应用备受关注。独立光伏LED照明系统结合了太阳能发电和LED光源的优势，实现了最大能效的发挥。基于以上，本文对独立光伏LED照明系统的设计与实现进行了简要研究。

1 系统组成分析

独立光伏LED照明系统工作的过程中，通过光伏电池阵列来吸收光能，并将吸收到的光能转换为太阳能，从而为LED照明提供电力能源。传统的光伏LED照明系统中，LED恒流驱动电路和DC-DC变换电路是相互独立的，系统有着复杂性、效率低、可靠性低的缺陷，两个相互独立电路在结构上和原理上有着一定的相似性，而光伏LED照明系统不会同时进行充电过程和放电过程，因此可以引入双向变换器，以此来实现电路的简化，优化光伏LED照明系统性能，如果引入的双向变换器只具备单一的降压功能或升压功能，则势必会对系统的灵活性造成影响，同时限制了系统的适用范围，因此可以引入Zeta/Sepic双向变换电路。系统的结构图如图1所示。

在充电电路和放电电路中都采用Zeta/Sepic双向变换，通过控制器实现在LED负载和光伏电池之间的切换。在充电的过程中，转换开关切换到光伏电池，通过Zeta变换器实现蓄电池的充电，在放电的过程中，转换开关切换到LED照明负载，通过Sepic变换器来给LED照明负载供电。

2 放电设计

在放电的过程中，切换控制开关与LED照明负载连接，蓄电池主要为LED照明负载提供电源，其等效电路图如图2所示，蓄电池通过Sepic变换器向 LED照明负载的供电。

在电流连流的工作模式下，主开关管Q2导通，则蓄电池箱L2储能，此时C1和L1两条回路处于导通状态，LED照明负载的电能由C2提供；主开关管Q2断开的时候，蓄电池经过L2、C1、D2之后，实现向LED照明负载的供电，此时L2、L1以及C1三条回路处于导通状态。

LED特性曲线有着非线性的特征，且其对温度十分敏感，因此在供电的过程中需要采用恒流电源，以Sepic变换器为基础，采用电流闭环控制方式，以此来实现LED照明负载的恒流驱动。将LED驱动芯片为控制芯片，最好采用使用滞回流模式控制的芯片，这样就不需要复杂的辅助回路条件来瞬间响应，从而适合于蓄电池的LED驱动控制。驱动芯片内部有着较为复杂的控制逻辑，但其管脚相对较少，只需要在合适的选取元件就能够实现对目标的有效控制，对于使用者来说十分方便。

3 调试

充电电路着重研究8：30-17：30时的实验数据，对典型测试时刻系统采用的充电方式进行记录，蓄电池初始荷电状态为70%时，根据充电方式记录数据表明，充电控制器能够依照控制流程根据蓄电池所处工作状态在MPPT充电、恒压充电以及浮充三种方式之间进行切换，有效利用了太阳能，对于延长蓄电池使用寿命有着积极的意义。其调试时刻充电方式记录表如表1。

光伏LED恒流驱动电路设计中，当蓄电池端电压和环境温度出现变化的时候，应当保持流过LED支路电流保持恒定，经过实验测试来看，蓄电池电压出现升高或降低等变化的时候，通过示波器能够对流过LED之路电流的变化情况进行观察发现，其电流几乎为一条直线，基本没有纹波出现。进一步进行测试，当环境温度出现变化的时候，输出电流也没有出现明显的变化，这说明驱动电路设计有着较好的恒流效果，同时其抗干扰能力较强。

4 结论

综上所述，本文简要分析了独立光伏LED照明系统的结构，并从充电实现和放电设计两个方面研究了系统的设计与实现，旨在为相关研究提供参考。

参考文献

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作者单位

阳江技师学院 广东省阳江市 529500