基于雙向變換技術(shù)的光伏LED照明系統(tǒng)設(shè)計

摘要：研究了基于Zeta／Sepic雙向變換器的光伏半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)，提出一種充電控制算法，其既能實(shí)現(xiàn)太陽能電池的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)又能滿足蓄電池電壓限制條件和浮充特性；設(shè)計一種基于HV9930控制芯片的LED恒流驅(qū)動電路。構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測試表明，控制器可以根據(jù)蓄電池狀態(tài)準(zhǔn)確地在MPPT、恒壓、浮充算法之間切換，MPPT充電效率較恒壓充電顯著提升，LED驅(qū)動電路恒流效果好。
關(guān)鍵詞：發(fā)光二極管照明；變換器；充電控制；恒流驅(qū)動

1 引言
太陽能是一種巨大、無盡、清潔的綠色能源，LED也是一種環(huán)保、節(jié)能、高效的固態(tài)電光源，將體照明，是最佳的節(jié)能、環(huán)保組合。獨(dú)立光伏LED照明系統(tǒng)主要由光伏電池陣列、蓄電池、LED照明設(shè)備、充電電路、LED驅(qū)動電路和控制器組成。光伏電池板是整個系統(tǒng)最昂貴的部件，為有效利用太陽能，需對系統(tǒng)進(jìn)行MPPT；蓄電池是系統(tǒng)最脆弱的部件，為延長蓄電池使用壽命，需根據(jù)蓄電池特性對蓄電池進(jìn)行充電和放電；蓄電池輸出需要采用一定的驅(qū)動電路才能保證LED照明設(shè)備可靠穩(wěn)定地工作；以上所有控制功能均由控制器實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)組成
常規(guī)的光伏LED照明系統(tǒng)DC／DC變換電路和LED恒流驅(qū)動電路為兩個相對獨(dú)立的電路結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差和效率低等缺點(diǎn)。這兩部分電路原理和結(jié)構(gòu)十分相似，同時光伏LED照明系統(tǒng)充電和放電不會同時進(jìn)行，若將雙向變換器引入系統(tǒng)，可簡化電路結(jié)構(gòu)，改善系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)效率。但若采用單一升壓或降壓功能的雙向變換器，會降低系統(tǒng)的適用范圍及靈活性，特別是在輻照度減弱或蓄電池電能降低的情況下，不能很好地滿足LED照明電路的工作。此處設(shè)計一種基于Zeta／Sepic雙向變換器的獨(dú)立光伏LED照明系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。充放電電路采用雙向Zeta／Sepic變換器，通過控制器可在光伏電池和LED負(fù)載間靈活地切換。在充電模式下，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到光伏電池，電能通過雙向變換器向蓄電池充電，變換器主要完成光伏發(fā)電MPPT控制及蓄電池充電管理；在放電模式下，轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到LED照明負(fù)載，蓄電池電能通過雙向變換器向負(fù)載供電，變換器主要完成放電管理和LED恒流驅(qū)動。

Zeta／Sepic雙向變換器及其在光伏LED照明系統(tǒng)中的應(yīng)用電路如圖2所示。在不增加電力電子器件的情況下，通過增加繼電器開關(guān)S1，S2，使電路結(jié)構(gòu)更適合于光伏LED照明系統(tǒng)。S1主要完成光伏電池與LED照明負(fù)載間的切換控制；S2主要起隔離保護(hù)作用，當(dāng)主電路故障或蓄電池異常時，快速切斷蓄電池與主電路的連接，增加了系統(tǒng)的可靠性及靈活性。