常见问题

1 控制器的系统结构与控制过程

本控制器的系统结构原理框图，如图1所示：

图1 控制器的智能控制系统结构原理框图

它由自带A/D转换功能及PWM输出的单片机、电压采样电路、充电电流采样电路、DC/DC降压电路、MOSFET驱动电路以及执行部分和执行部分的驱动电路等组成。其中，用8位单片机STC12C5202AD完成太阳能路灯系统的模数A/D转换、对BUCK电路的PWM脉宽调制、对负载的时控、光控以及对重要部件的保护等功能。

2 BUCK电路和开关管的驱动电路的设计

2.1 BUCK电路的设计

DC/DC变换电路拓扑结构有多种类型，本设计采用的电路拓扑结构，如图2所示：

图2 BUCK电路原理图

2.2 开关管的驱动电路设计

采用 IR2110的高端部分驱动 BUCK电路中的开关管Q3，C4上储存的电荷为IR2110驱动供电，改善了原来电路导通不好的状态，提高了 BUCK电路的转换效率，如图 3所示：

图3 IR2110驱动电路

3 晨关亮度判别电路

如图4所示：

图4 晨关亮度判别电路

太阳能电池的电压信号通过R49送到U3A的负端，R21和R24组成可调的比较电压，以判断亮度。晨关电压是个经验值，通过大量数据的采样和比对，100W的太阳能电池的晨关电压为0.7V时，天刚亮，这个电压值也作为晚上开灯的判断电压。

4 控制器的主控软件设计

控制器的主控软件设计流程图，如图5所示：

图5 主控软件的整体程序流程图

5 最大功率跟踪电路的设计

5.1 最大功率跟踪电路的硬件设计

如图6所示：

图6 最大功率跟踪电路

单片机通过采样到的太阳能电池的电压、蓄电池的电压以及RS上的压降，进行A/D转换，通过设置的MPPT数学模型进行计算，计算结果去调整单片机PCA模块中脉冲的占空比，此脉冲通过驱动器IR2110驱动BUCK电路中的开关元件 Q3，通过调整 Q3的开通和关闭时间，使太阳能电池的输出电压始终工作在最大功率点附近，使整个充电系统达到最高效率。

5.2 最大功率跟踪部分的软件设计

最大功率跟踪程序的流程图，如图7所示：

图7 最大功率跟踪程序流程图

6 时控和光控电路的设计

6.1 时控和光控电路的硬件设计

主灯的工作时间分成两个时段，第一时段是天黑后所需开着的时长，第二时段是天亮前所需开着的时长，为主灯实现的光控及时控功能，时长由人工通过拨码开关设定；辅灯则遵守光控功能，即天黑就开、天亮就关。电路设设计，如图8所示：

图8 时控和光控电路

6.2 时控和光控部分的软件设计

时控和光控的程序流程图，如图9所示。

图9 时控和光控的程序流程图

此外，本控制器还有过充保护、过放保护、抗干扰等模块的软件。

7 控制器的保护系统

在控制器设计中，还设有蓄电池的过充及过放、蓄电池及太阳能电池的防反接、负载的防短路、太阳能路灯系统防雷电、抗干扰等保护措施。

8 总结

TJ-0616智能型太阳能路灯控制器从设计、试制、改进到批量生产，已完成了科研产品的产业化路程，通过几年的使用，已获得市场的认可，已有几万套投放市场，是一个成熟的商品。该产品在市场上有如下亮点：MPPT性能可靠，使的控制器的充电转换效率比常规控制器高出20%，大大降低了太阳能路灯的成本；智能化的光控、时控及主辅灯的搭配使用，使太阳能路灯系统的效率大大提高；抗干扰性能的提高，提高了太阳能路灯的可靠性。