高亮度LED太阳能路灯照明系统设计

　　摘要：在传统的太阳能路灯系统中，通常经过防电流倒灌二极管将太阳能板与蓄电池直接相连，这将导致太阳能板的利用效率低，同时容易使蓄电池长期处于欠充满状态，造成其使用寿命的缩减。本文在研究太阳电池电路模型的基础上，提出了一种数模混合的最大功率点追踪（Maxim Power Point Tracking，简称MPPT）策略，它可最大程度地利用太阳能，同时对固态光源LED 的驱动电路做了研究，最后用实验验证了该方案的高效性和实用性。

　　1 引言

　　随着固态光源的发展，LED 的应用已不再仅仅局限于指示灯领域，它凭借寿命长，光效高等优点在现代照明体系中日益凸现优越性。伴随着光伏技术的发展，大功率高亮度LED 更以其高效、节能而进一步引起了社会各界对该光源的广泛关注。但目前，LED 太阳能路灯还存在因灯驱动电路导致LED 光衰现象及太阳能利用率不高等不足。业界普遍认为LED的恒流驱动对抑制光衰效果显着。

　　传统的太阳能路灯充电系统中，通常经过防电流倒灌二极管将太阳能板与蓄电池直接相连，这将导致太阳能板的工作点偏移最大功率点（MaximPower Point，简称MPP），而未有效利用太阳能板的可输出功率；同时容易使蓄电池因供能不足而长期处于欠充满状态，造成寿命缩减。本文在研究太阳电池电路模型的基础上，分析了恒压追踪［1］、扰动观察［2，3］等最大功率追踪（MPP Tracking，即MPPT）法，提出了一种数模混合的MPPT 策略，它可使太阳电池的输出稳定在MPP 附近，从而有效利用了太阳能板可输出的最大功率。

　　2 太阳电池的电路模型

　　图1 示出太阳电池的电路模型。通常，材料内部的等效并联电阻Rsh 值大，而材料内部的等效串联电阻Rs 值很小。

　　

　　图1 太阳电池的电路模型

　　图中Is---由光生伏特效应产生的电流

　　输出负载RL 上的电压电流关系为：

　　

　　式中q，k---电子电荷量及波耳兹曼常数

　　A---太阳能板的理想因素，A=1~5

　　T---太阳能板的温度

　　Ios---太阳能板的逆向饱和电流，与T有关

　　由上述关于太阳能板电路模型的分析可见，太阳电池的输出是一个随光照条件及温度等因素变化的复杂变量。图2示出太阳电池在标准测试条件下，即光照1kW/m2 ，T=25℃ 时的典型输出特性。

　　

　　图2 太阳能板的典型输出特性曲线

　　太阳能板的输出开路电压uoc 和输出短路电流isc的值由生产厂给出。