提出了一种新式的智能化小区大功率Light EmitTIng Diode (LED)路灯火伏充电器的设计方案， 给出了白光LED的作业特性和太阳电池的作业特性以及此光伏充电器的主电路拓扑结构， 剖析了依据Microchip 公司的PIC16F874芯片完结的操控战略和最大功率盯梢( MPPT) 原理。终究给出了此充电器的作业原理框图和操控原理框图。实践运转标明， 该LED 路灯火伏充电器体系具有明显长处。
1 体系构成
1.1 LED 的作业特性
发光二极管LED(Light EmitTIng Diode)的作业原理是在半导体p-n 结上加一正向电压， 然后使其电子与空穴复合(即结区变窄)， 这种复合是电子从高能级的导带开释能量回到价带与空穴复合， 其开释的能量以光子的方法呈现， 即发光。
依据半导体物理中的公式： λ=1.24/Eg式中： Eg 为半导体资料导带与价带之间的禁带宽度， λ为波长。从式中能够看出， 关于不同资料的半导体来说， 因为它们的Eg 不同， 因而它们的波长# 也不一样， 所以发光的色彩不同。明显， 一般LED 多为单色彩光， 如红光、绿光、黄光、蓝光等。所谓白光是多种色彩的光混合而成， 以人类眼睛所能见到的白光方法至少有必要两种以上的光混合， 一般有下列两种混合方法： 二波长光———蓝光与黄光混合; 三波长光———红光、绿光与蓝光混合。现在现已商品化的白光LED 产品多为二波段蓝光单晶片加上YAG 黄色荧光粉; 三波长光以无机紫外线光晶片加R、G、B 三色彩荧光粉。此外， 有机单层三波长型白光LED 也有成本低、制造简单等长处。
1.2 太阳电池的作业特性
图1、图2 别离给出了太阳电池温度在25 ℃时， 作业电压、电流和日照( W/m2) 的联系曲线及太阳电池的输出功率和日照、电压之间的曲线。
从图1 的I/U 联系能够看出， 太阳电池阵列既非恒压源，也非恒流源， 而是一种非线性直流电源， 电池输出电流在大部分作业电压范围内适当安稳， 终究在一个足够高的电压之后，电流敏捷下降至零。由图2 可知， 太阳电池的作业效率等于输出功率与投射到太阳电池面积上的功率之比。因而， 为了进步本体系的作业效率， 有必要尽可能地使太阳电池在最大功率点处作业， 这样就能够用功率尽可能小的太阳电池取得最大的功率输出， 这便是进行最大功率点盯梢的含义地点。如图1 和图2 所示， 图中的A、B、C、D、E 点别离对应不同日照时的最大功率点。
1.3 铅酸蓄电池的作业特性
现在在光伏充电器体系中很多运用的是铅酸蓄电池， 它的作业原理是依托铅酸正极的活性物质二氧化铅( PbO2) 和负极的活性物质海绵状铅( Pb) 与电解液硫酸( H2SO4) 进行化学反应生成硫酸铅( PbSO4) , 在此作业进程中将引起硫酸( H2SO4) 的削减， 并且在正极板上不断生成水( H2O) , 然后引起电解液的密度下降。在充电期间， 正极极板上的硫酸铅( PbSO4) 氧化成了二氧化铅( PbO2) , 此刻负极极板上的硫酸铅( PbSO4) 还原成铅( Pb) , 一起生成硫酸( H2SO4) , 耗去了蓄电池中的水( H2O) , 使电池中电解液的密度上升， 完结充电进程。
2 体系的作业原理
2.1 体系的主操控芯片介绍
充电器体系的硬件框图如图3 所示。
主控芯片选用Microchip 公司的PIC16F874, 它选用RISC 指令体系， 哈佛总线结构， 低功耗， 高速度。内部集成了ADC、SPI 和Flash 程序存储器等模块， 具有10 位A/ D 转化、PWM 输出、LCD 驱动等功用， 此外它还带有128 个字节的E2PROM 存储器， 能便利写入调整量以备后用。PIC16F874经过SPI 接口能够完结与CAN 操控器MCP2510 的无缝衔接， 且一起同步串行模块( SSP) 为今后与工控机联网奠定了根底。PIC16F874 的I/O 资源丰厚， 共有A、B、C、D、E 五个I/O口， 每个I/O 口除了根本用处外还有一些特别功用。丰厚的资源和强壮的功用， 使之非常适合于作为操控体系的操控中心芯片。
2.2 体系的作业进程剖析
充电器体系的操控框图如图4 所示。
由图4 能够看出， 在蓄电池充电阶段， 操控回路电压环仅由太阳电池电压构成。此刻， 电压环的输出为电流环的给定，经过检测主电路中蓄电池的充电电流与给定电流相比较来改动SG3525 的输出脉冲宽度， 使太阳电池的电压盯梢给定电压。由图1 可知， 当太阳电池电压下降， 在稳态时， 太阳电池电压等于给定电压， 电流环的给定亦为安稳值， 蓄电池的充电电流等于给定电流; 反之， 当太阳电池电压小于给定电压时，SG3525 输出脉冲宽度作用于驱动电路以驱动功率器材， 使其导通占空比减小， 蓄电池充电电流变小， 作业电压添加， 电路到达稳态时太阳电池电压等于给定电压。在过充电阶段， 两个电路均起作用， 电压环由太阳电池电压构成的电路和蓄电池构成的电路组成， 此刻， 蓄电池电压和给定太阳电池作业电压之和大于太阳电池电压， 误差信号经过PI 调节后加到SG3525 的电流输入端， 使SG3525 输出脉冲宽度减小， 蓄电池充电电流变小。由图1 可知， 太阳电池实践作业电压逐渐增大， 直到稳态时， 作业于开路状况， 蓄电池充电电流为零， 然后完结了过充维护。
此外能够经过Modbus 通讯规范使模块操控器以主( 即上位机) —从( 即下位机) 方法进行通讯， 对光伏充电器的运转状况和LED 灯的运转状况经过若干操控器或其它Modbus设备经过RS485 总线组建成Modbus 网络， 能够成功地完结网络化长途监控体系。
