高亮度LED太陽能路燈照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

式（1）代入得：

因此，輸出功率和D 的關(guān)系與圖2 中的P 和U關(guān)系相似。從而可通過擾動(dòng)D,實(shí)現(xiàn)輸出功率的變化，并尋找出MPP.由于輸出電壓即蓄電池的充電電壓短期內(nèi)變化不大，在進(jìn)行D 擾動(dòng)尋找MPP 期間可近似認(rèn)為恒定，因此輸出功率的大小直接反應(yīng)在輸出電流即蓄電池的充電電流上，通過采樣該充電電流值，從而判斷出輸出功率隨D 擾動(dòng)的變化情況，以便進(jìn)行MPPT.為了提高控制精度和驅(qū)動(dòng)能力，單片機(jī)與開關(guān)管間加入了D/A 轉(zhuǎn)換和PWM芯片，圖4 示出其主電路拓?fù)洹?p style="text-align: left">4 最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT）

電路尋找MPP 的工作原理可簡(jiǎn)述為：通過不斷改變開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的D,直至蓄電池的充電電流達(dá)到最大，此刻即可認(rèn)為太陽電池的輸出功率達(dá)到最大，實(shí)現(xiàn)太陽電池的最大功率點(diǎn)追蹤。在尋找MPP 過程中，根據(jù)D 的擾動(dòng)情況，輸出功率有3 類模式，對(duì)應(yīng)9 種大小關(guān)系。

圖5 示出輸出功率隨D 擾動(dòng)的變化情況

根據(jù)上述模式變化，擾動(dòng)開關(guān)管的D,當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前輸出功率與D 的大小關(guān)系為模式2 時(shí)，即可認(rèn)為已搜尋到MPP,同時(shí)將以該D 進(jìn)行工作。

考慮到溫度及光照條件的改變，太陽電池的輸出參數(shù)不斷變化，同時(shí)導(dǎo)致MPP 的漂移，單片機(jī)在經(jīng)過設(shè)定時(shí)間后，將再一次做D的擾動(dòng)，搜尋新的MPP,以保證太陽電池的最大功率輸出，從而有效利用太陽能。

根據(jù)上述分析，編制了相關(guān)程序。圖6 示出其設(shè)計(jì)流程。

圖6 軟件設(shè)計(jì)流程圖

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在晴日里不同時(shí)刻的MPP 處，電路工作的D 均變化不大。因此，為了避免搜尋過程中造成尋找時(shí)間太久及帶來的能量浪費(fèi)，下一時(shí)刻進(jìn)行MPP 追蹤的搜尋起點(diǎn)設(shè)定為上一次MPP 時(shí)的D 值。

5 MPPT 策略實(shí)驗(yàn)結(jié)果

主電路的工作頻率為100kHz,當(dāng)搜尋到輸出電流達(dá)到最大時(shí)，即認(rèn)為該點(diǎn)為電路工作的MPP,圖7 示出此刻的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ugs 實(shí)驗(yàn)波形?？梢?，此時(shí)開關(guān)管的D≈0.65,這與理論分析結(jié)果很吻合。表1 給出由上述分析得到的傳統(tǒng)電路與MPPT 電路的對(duì)比性試驗(yàn)結(jié)果。

圖7 輸出最大功率時(shí)的ugs 波形

表1 傳統(tǒng)充電電路與MPPT 充電電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1 可見，傳統(tǒng)太陽能充電電路中，15W的Parr 最大值出現(xiàn)在早上溫度不高、光照比較強(qiáng)的時(shí)刻，但此時(shí)的利用率僅僅約為68.4%;而采用帶有MPPT 功能的DC 變換電路后，輸出功率明顯上升。

6 結(jié)論

LED 燈的恒流驅(qū)動(dòng)，對(duì)抑止光衰現(xiàn)象起到了很有效的作用；通過數(shù)?；旌偷姆椒?，避免了單純數(shù)字控制所帶來的控制精度不高等問題，且單片機(jī)的智能控制，使得能夠較快的尋找到最大功率點(diǎn)，提高了太陽能板的利用率及整個(gè)路燈照明系統(tǒng)的性能價(jià)格比。