太阳能LED路灯工程技术
2017\7\11 星期二 10:40:57 点击：
太阳能路灯由以下几部分组成：太阳电池、蓄电池、控制逆变器、光控及计时器、发光体。太阳能路灯是一个自动控制的工作系统，只要设定该系统的工作模式就会自动控制工作。控制模式一般分为三种：光控启动、光控关闭；计时控制启动和计时控制关闭；光控启动、计时控制关闭，我们一般选定该模式工作方式，灯在阳光低到设定值时传感控制启动灯工作，同时进行计时开始。当计时到设定时间时就停止工作。本系统的太阳电池有两种作用：一、在白天为蓄电池充电；二、做光控传感器，用RC元件的充电放电。我们一般采用18瓦或36瓦低压钠灯做为光源，因为其光效在光源中最高。
太阳能路灯是理想的道路照明灯具，随着人们生活的提高和社会的不断发展，它将被广泛利用，使太阳赐给大地的光明在夜晚为人类照明。
太阳能路灯采用高效单晶(多晶)硅太阳能电池供电,采用免维护密封型蓄电池贮存电能,用高效节能灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性质可靠、发光效率高、亮度大、安装方便、无需铺设电缆电线，无需交流电能和电费，采用直流供电，光敏控制、安全可靠、节能、经济、环保，实用(根据配置和型号不同,充电一天可用3～7天))寿命长(太阳能池可用15～20年、蓄电池可用5～7年),是未来户外照明的发展方向和照明灯具中的一枝新秀。
太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳，有的还要配置逆变器。
1、太阳能电池板
太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，大约是光伏电池效率大约是单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。
2、太阳能控制器
太阳能灯具系统中最重要的一环是控制器，其性能直接影响到系统寿命，特别是蓄电池的寿命。控制器用工业级MCU做主控制器，通过对环境温度的测量，对蓄电池和太阳能电池组件电压、电流等参数的检测判断，控制MOSFET器件的开通和关断，达到各种控制和保护功能。皇明智能型太阳能灯具控制器能为蓄电池提供全面保护，使蓄电池更能可靠地长久工作。
太阳能照明原理、组成及控制系统 2010年01月21日 作者：胡兴军来源：《中国电源博览》第106期 编辑：李远芳
3、蓄电池
由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20~30%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。
4、光源
太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED光源。
LED灯光源，寿命长，可达1000000小时，工作电压低，不需要逆变器，光效较高，国产50Lm/w，进口80Lm/w。随着技术进步，LED的性能将进一步提高。笔者认为LED作为太阳能路灯的光源将是一种趋势。
目前多数草坪灯选用LED作为光源，主要利用太阳能电池的能源来进行工作。当白天太阳光照射在太阳能电池上，把光能转变成电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池在晚间为草坪灯的LED(发光二极体)提供电源。LED节能、安全、寿命长，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经经历了其关键的突破，并且其特性在过去5年中有很大提高，其性能价格比也有较大的提高。
5、灯杆及灯具外壳
灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距，道路的照度标准确定。灯具外壳根据我们收集了许多国外太阳灯资料，在美观和节能之间，大多数都选择节能，灯具外观要求不高，相对实用就行。
太阳能路灯由以下几部分组成：太阳电池、蓄电池、控制逆变器、光控及计时器、发光体。太阳能路灯是一个自动控制的工作系统，只要设定该系统的工作模式就会自动控制工作。控制模式一般分为三种：光控启动、光控关闭；计时控制启动和计时控制关闭；光控启动、计时控制关闭，我们一般选定该模式工作方式，灯在阳光低到设定值时传感控制启动灯工作，同时进行计时开始。当计时到设定时间时就停止工作。本系统的太阳电池有两种作用：一、在白天为蓄电池充电；二、做光控传感器，用RC元件的充电放电。我们一般采用18瓦或36瓦低压钠灯做为光源，因为其光效在光源中最高。
太阳能路灯是理想的道路照明灯具，随着人们生活的提高和社会的不断发展，它将被广泛利用，使太阳赐给大地的光明在夜晚为人类照明。
太阳能路灯采用高效单晶(多晶)硅太阳能电池供电,采用免维护密封型蓄电池贮存电能,用高效节能灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性质可靠、发光效率高、亮度大、安装方便、无需铺设电缆电线，无需交流电能和电费，采用直流供电，光敏控制、安全可靠、节能、经济、环保，实用(根据配置和型号不同,充电一天可用3～7天))寿命长(太阳能池可用15～20年、蓄电池可用5～7年),是未来户外照明的发展方向和照明灯具中的一枝新秀。
太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳，有的还要配置逆变器。
1、太阳能电池板
太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，大约是光伏电池效率大约是单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。
2、太阳能控制器
太阳能灯具系统中最重要的一环是控制器，其性能直接影响到系统寿命，特别是蓄电池的寿命。控制器用工业级MCU做主控制器，通过对环境温度的测量，对蓄电池和太阳能电池组件电压、电流等参数的检测判断，控制MOSFET器件的开通和关断，达到各种控制和保护功能。皇明智能型太阳能灯具控制器能为蓄电池提供全面保护，使蓄电池更能可靠地长久工作。
太阳能照明原理、组成及控制系统 2010年01月21日 作者：胡兴军来源：《中国电源博览》第106期 编辑：李远芳
3、蓄电池
由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20~30%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。
4、光源
太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED光源。
LED灯光源，寿命长，可达1000000小时，工作电压低，不需要逆变器，光效较高，国产50Lm/w，进口80Lm/w。随着技术进步，LED的性能将进一步提高。笔者认为LED作为太阳能路灯的光源将是一种趋势。
目前多数草坪灯选用LED作为光源，主要利用太阳能电池的能源来进行工作。当白天太阳光照射在太阳能电池上，把光能转变成电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池在晚间为草坪灯的LED(发光二极体)提供电源。LED节能、安全、寿命长，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经经历了其关键的突破，并且其特性在过去5年中有很大提高，其性能价格比也有较大的提高。
5、灯杆及灯具外壳
灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距，道路的照度标准确定。灯具外壳根据我们收集了许多国外太阳灯资料，在美观和节能之间，大多数都选择节能，灯具外观要求不高，相对实用就行。
太阳能电池→储电池→光控开关→LED灯。
二、太阳能路灯照明控制系统
1.系统结构
太阳能路灯微机监控系统由微机主控线路、太阳能电池板、蓄电池充放电器、蓄电池组、LED光源驱动和LED灯等几部分组成。系统组成结构如图1所示：
(1)微机主控线路
微机主控线路是整个系统的控制核心，控制整个太阳能路灯系统的正常运行。微机主控线路具有测量功能，通过对太阳能电池板电压、蓄电池电压等参数的检测判断，控制相应线路的开通或关断，实现各种控制和保护功能。
(2)充电驱动线路
充电驱动线路由MOSFET驱动模块及MOSFET组成。MOSFET驱动模块采用高速光藕隔离，发射极输出，有短路保护和慢速关断功能。选用的MOSFET为隔离式、节能型单片机开关电源专用IC，驱动LED的全电压输入范围为150V～200V，输出电流为8A～9A。输入电压范围宽，具有良好的电压调整率和负载调整率，抗干扰能力强，低功耗。
本系统通过充电驱动线路完成太阳能电池组向蓄电池的充电，电路中还提供了相应的保护措施。
(3)LED驱动线路
由IGBT驱动模块及MOSFET组成，实现对路灯亮度的调节及路灯的开关。
(4)太阳能电池组
太阳能电池组由太阳能电池单体(工作电压约为0.5V,工作电流约为20～25mA/cm2,面积为10cm×10cm)以串、并方式连接成组件，一个标准组件包括36片单体，使一个太阳能电池组件大约能产生17V的电压，成为一个额定电压为12V的蓄电池池组。当应用系统需要更高的电压和电流组件时，可把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。
太阳能电池在整个系统中的作用有两个：其一是把太阳光转化为电能，即白天时，太阳能电池给蓄电池充电；其二是太阳能电池作为系统的光控元件，从太阳能电池两端电压的大小，即可检测户外的光亮程度，也就是从太阳能电池电压的大小来判断天黑和天亮及LED照明光源的亮度。
(5)蓄电池组
由于从光伏阵列得到的能量不总是与电子负载的需求相符，当光伏阵列本身不能提供足够的功率时，蓄电池仍能使负载工作。如果电子负载需要在夜间或在多云或阴天时工作，就需要能量的存储。蓄电池存储能量的大小设计为自主运行期间满足平均每日电子负载的需求。一般来说，应能储备5～7天的夜间照明用电量。蓄电池是整个太阳能路灯系统的关键部分，它是整个太阳能系统的储备能源设备，白天时太阳电池给蓄电池充电，晚上，系统和负载所用电全部由蓄电池来提供，其次，阴雨天的供电也要靠蓄电池来完成。在独立光伏系统中，由光伏阵列产生的电能不总是在电能产生的同时加以使用，所以在多数独立光伏系统中需要蓄电池。
(6)通信装置
由无线数传模块组成。无线数传模块支持GPRS,带有RS-232接口，通信距离达100米，抗干扰性强，不受广播电视，移动通信干扰，实现相邻路灯终端之间的通信。
2.功能控制
(1)太阳能路灯控制器的基本要求
太阳能路灯由多个LED灯串联而成，路灯照明系统不但消耗大量的电能，而且还需要投入巨额的日常维护费用，给城市带来电力供应和财政支出的双重压力。制定“按需照明”的供电策略可以缓解这一矛盾。通过编程可以实现对分布在城市繁华路段的路灯机动灵活的控制，可在任意时间段内通过PWM方式实现开关控制，以达到既烘托城市灯光气氛的目的。控制基本要求如下：
1)对前半夜与后半夜的亮度进行控制，控制比例依情况而定；
2)开启单边路灯策略，即蓄电池现有电量只供一路路灯照明，另一路路灯关闭；
3)半夜灯策略，即前半夜开灯，后半夜关灯，蓄电池现有电量只供前半夜照明使用。
太阳能路灯都是以自然光线的强弱来控制照明灯具的开关，这些光控太阳能照明系统的优化设计是系统长期可靠运行的前提。系统容量可以根据当地的地理位置、气象条件和负载状况做出最优化设计。但是由于季节因素，冬天太阳辐射要比夏天少，太阳电池阵冬天产生的电量比夏天少，可是冬天需要照明的电量却比夏天多，从而使照明系统的发电量与需电量形成反差，依然难以平衡月发电量盈余和耗电量亏损。为了提高照明系统发电量的利用率，克服系统缺电带来的不足，在太阳能照明系统的发展中，人们不断的对照明系统常用的控制模式进行分析，设计各种实际可行的工作模式，同时光源技术也在不断的更新换代中，蓄电池的充电模式也在不断的研究探索中有效利用率越来越高，因此在太阳能各个组成部分的发展和协调中，太阳能照明系统正在不断地趋于完善。
根据太阳能路灯系统的特点，路灯运行要兼顾蓄电池剩余容量的影响。当路灯正常开启时，根据蓄电池剩余容量检测法得到当前蓄电池容量，通过查询后得到蓄电池将要维持的供电时间，平均使用蓄电池现有电量，同时根据当晚可使用的蓄电池电量对路灯照明方式灵活控制，合理使用蓄电池现有电量。
(2)蓄电池充放电控制功能
蓄电池充放电控制是整个系统的重要功能，它影响整个太阳能路灯系统的运行效率，还能防止蓄电池组的过充电和过放电。蓄电池的过充电或过放电对其性能和寿命有严重影响。充放电控制功能，按控制方式可分为开关控制(含单路和多路开关控制)型和脉宽调制(PWM)控制(含最大功率跟踪控制)型。开关控制型中的开关器件，可以是继电器，也可以是MOS晶体管。脉宽调制(PWM)控制型只能选用MOS晶体管作为其开关器件。本系统采用脉宽调制控制器方式，并选用MOS晶体管作为开关器件。当白天晴天的情况下，根据蓄电池的剩余容量，选择相应的占空比方式向蓄电池充电，力求高效充电；夜间根据蓄电池的剩余容量及未来的天气情况，通过调整占空比方式进而调节LED灯亮度，以保证均衡合理使用蓄电池。
此外系统还具有对蓄电池过充的保护功能，即充电电压高于保护电压(15V)时，自动调低蓄电池的充电电压；此后当电压掉至维护电压(13.2V)时，蓄电池进入浮充状态，当低于维护电压(13.2 V)后浮充关闭，进入均充状态。当蓄电池电压低于保护电压(11V)时，控制器自动关闭负载开关以保护蓄电池不受损坏。通过PWM方式充电，既可使太阳能电池板发挥最大功效，又提高了系统的充电效率。本设计对蓄电池的反接、过充，过放具有相应保护措施。
(3)太阳能路灯运行方式控制功能
高亮度大电流LED灯，由于相同亮度的情况下，比白炽灯省电约90%，得到了广泛的应用，现已有逐渐替代常规照明灯的趋势。
太阳能路灯由多个LED灯串联而成，亮度通过PWM方式可调，即通过EN端改变流经LED的电流，从而调节LED灯亮度，电流强度可以从几毫安到1安培，最终使LED灯达到预期的亮度。
PWM信号可由微控制器产生，也可由其它脉冲信号产生，PWM信号可使通过LED灯的电流从0变到额定电流，即可使LED灯从暗变为正常亮度。PWM占空比越小(高电平时间长)，亮度越高。利用PWM控制LED的亮度，非常方便和灵活，是最常用的调光方法，PWM的频率可从几十Hz到几千KHz。
PWM调光是通过控制MOSFET晶体管实现的。由于本系统路灯单元采用的电压是由几个蓄电池串联产生的，所以选用MOSFET晶体管时，首先要考虑MOSFET的耐压，本系统要求MOSFET的耐压要高于40V；其次，根据驱动LED灯电流的大小，选择MOSFET的IDS的最大电流。在直流供电情况下，首先考虑的是IDS最大电流值和RDS值。一般情况下，应选用MOSFET的IDS最大电流是LED灯驱动电流的5倍以上；另外还要选择MOSFET的内阻要小；LED驱动电流越大，RDS应越小，RDS越小，变换效率越高。
城市太阳能路灯是和人民生活密切相关的公共设施，它在一定程度上反映了城市的繁荣程度及发展水平。在过去很长一段时间内，路灯的更新多是局限于其照明部分，随着城市及电子技术的发展，城市路灯系统经历了手工控制、自动定时/光电控制、计算机程序控制的发展过程。用计算机来实现城市太阳能路灯系统的自动控制，对于提高城市的现代化管理水平，节省人力、物力，都具有良好的经济和社会效益。通过有效的调节灯光开关时间，能够极大地提高了路灯系统的工作质量和工作效率，为城市照明系统的运行、维护、扩展、提供全面的解决方案和强有力的技术支持，提高了城市照明运行管理水平。
三、太阳能灯具的构成
4.1 LED的选择
因为目前LED的发光效率还是比较低，大约有85％的电能都转化为热能。所以发热很高。为了能够分散这些热量，不宜采用功率过大的LED。以目前的工艺来看，以1W的LED比较成熟。对于100W的LED灯头，需要采用100个1W的LED。这时大约有85W的热能要散发掉。LED的性价比是每美元的流明数。一方面希望它的发光效率高，也就是每瓦的流明数要高，目前，最高可以达到85－100流明/瓦。另一方面，希望它的价钱要便宜。1W的LED，批量购买时的最低价约为1美元一个。
4.2 二次光学设计
由于目前所有LED都带有小型透镜，而使其光束集中在80度左右的角度范围内，为了使得路面的照度能够宽阔均匀，通常都要进行二次光学设计。二次光学设计可以有很多方法，但是其最终的目的是一样的，就是要求能够使得路面的照度均匀。最理想的是三角型的照度曲线，但是实际上是无法实现的，因此，对于能够实现的照度曲线通常称为蝙蝠翼型（如下图）。
LED的效率还是比较低的，大约只有15％左右。也就是有85％的电能都转化为热能。而这些热能如果散不出去，就会反过来影响了LED的性能。最严重的是影响到LED的寿命。它的具体表现就是结温的上升。
在上图中表明，当结温从115℃提高到135℃，就会使寿命从50,000小时降低到20,000小时。而短时间的温升还会引起其光输出的降低（下图）。
虽然随着LED的效率逐年提高，这个问题会逐渐缓解，但是从目前的情况来说，还是需要尽可能做好散热措施。可以这样说，现在LED路灯表现出来的很多问题都是由不完善的散热所引起的。
目前最普通的做法就是采用尽可能大的铝制散热器。这虽然可以解决一些问题，但是这个方法会带来散热效果和重量之间的矛盾。为了散热效果好，就必须采用非常重大的散热器。而其效果还不尽人意。现在最新的方法是采用“回路热管”技术。这种方法可以在非常好的散热效果的同时还能够保持很轻的重量。
采用了回路热管散热技术可以把LED的结温降低到65℃，这就大大地提高了LED灯具的使用寿命。经过了3年实际测试表明，在每天工作12小时，其光衰小于3％。预计在工作十年以后，其光衰只有20％。这就基本上解决了寿命的问题。
五、LED的恒流驱动
作为一种光源，LED的最大缺点就是它的发光不稳定，很容易受到电压温度的影响。而且，它对电压和温度的灵敏度还很高。所以一定要采用恒流驱动，来克服它的发光不稳定。
5.1 电压不稳所引起的发光不稳
在太阳能路灯中，主要采用铅蓄电池来储存太阳能。但是，有不少设计人员在设计中略去了恒流驱动，以为铅蓄电池的输出电压足够稳定，而不需要再采用恒流驱动就可以直接驱动LED，这种想法是错误的。
不论哪一种蓄电池它的输出电压都会随着放电而逐渐降低，在整个放电过程中，其输出电压的变化高达20％左右。如果将其直接对LED加电，会使LED的亮度产生很大的变化。现以铅蓄电池为例，它的放电曲线如下图所示。
从图中可以看出，在整个放电过程中，铅蓄电池的输出电压将会下降2V之多，将近20％。
而从LED伏安特性可以看出，10％的电压变化，将会引起极大的正向电流的变化。下图表明某一厂家所生产的1W LED的伏安特性。
假定初始的电压为3.4V，这时的正向电流为350mA。假如电压降低到3.1V（10％），这时的电流就不到100mA，降低了将近3.5倍。
而LED的发光亮度是直接和其正向电流有关的。同一厂家的同一1瓦 LED，其相对发光强度和正向电流的关系曲线如下图所示。
由图中可以看到，如果正向电流从350mA降低一倍到100mA，其相对发光强度将从1.00降低到0.35。降低将近3倍。这是不能允许的。所以一定要设法稳定其正向电流。
5.2 LED发光的温度不稳定
一步 此外，LED的正向电流还和结温有关，图12就表明LED在不同结温时的伏安特性。
LED的温度系数通常为负的，也就是当温度升高时（T1－T2），伏安特性向左移动。其值大约是-2mV/℃，那么当其结温增加50度时时，其正向电压就会降低0.1V。而正向电流大约会降低100mA（从350mA降低到250mA）,而其发光强度将会降低到80％。由于散热不理想，通常功率LED在接通电源以后，结温很可能会上升50度，其发光强度就会降低20％。这就是“短时光衰”。而且，随着冬季进入夏季，环境温度的变化，也会引起结温的变化。这就是“长期光衰”。而且当温度变化时，由于正向电流的减少，LED的发光光谱也会发生变化。通常是向波长长的方向漂移。大约是每升高10oC时漂移1nm，升高50oC会产生5nm的变化。所以一定要保持其正向电流恒定。
5.3采用恒流驱动IC来稳定LED的正向电流
从LED的电压特性和温度特性中，可以得出结论，一定要采用一个集成电路来控制LED的电流使其不论在电池电压降低或是环境温度升高时都能保持正向电流恒定。PAM2842就是这样一种芯片。这颗芯片可以从低到5V高到28V的输入电源电压范围内，驱动10颗串联的3W LED。它的最高输出电压可以达到40V，而最大输出电流可以达到1.75A。但是总的输出功率不能大于30W。而且输入电压可以任意从5V变到28V，都能保持LED的电流不变。其应用电路如下图所示。
LED的电流由串联的电流采样电阻来决定，PAM2842只要求其反馈电压为0.1V，串联电阻的阻值就可以根据所要求的正向电流来设定。假如对3W的LED要求其正向电流为700mA，则其阻值就是0.142Ω。其损耗为0.07W，对效率的影响基本上可以忽略不计。另外二极管D1必须采用低压降、大电流的肖特基二极管，以减小功耗。电感需要采用高饱和电流，低DCR的电感。此外，PAM2842的工作频率可以有三种选择：500kHz、1MHz、1.6MHz。为了降低其开关损耗，建议选择500kHz开关频率。此时可以把Fsel端接地。PAM2842具有很好的恒流特性。当输入电压从12V降低到10V时，LED中的电流只变化不到3％。这样就可以保证LED的亮度基本上不变。芯片内部具有过压保护电路(OVP)，所以假如有一个LED开路，芯片的升压会被限制住不至于过高，保护芯片本身不至于损坏。但是由于所有LED为串联，有一颗LED开路，当然会导致所有LED不亮。但是，假如有一颗LED短路，这时候，由于有恒流环控制，所以芯片会自动降低其输出电压，而保持流过LED的电流不变，因此不影响其他LED的工作。
因为PAM2842在这里是作为升压芯片来应用的，所以在要求的升压比比较高时，其效率就比较低。举例来说，假如输入电压是24V，升压至40V，其效率可达95％以上。而假如输入电压为12V，仍然要求升压至40V，这时候其效率就只有91％左右。因为大多数太阳能路灯系统所采用的蓄电池是12V的，为了在12V时还能得到95％的效率，可以把10颗LED二极管分成两串，每一串为5颗LED串联，这样就只要求升压至20V以下，可以提高效率至95％。而且如果一个LED开路，顶多影响一串5个LED，而不至于影响另一串5个LED的工作。这时候，两串LED共用一个LED电流采样电阻，因为电流增加一倍，变成1.4A，所以电流采样电阻阻值也应当减小一倍，变成0.07欧姆。或者，只将其中的一串LED的电流进行采样，而另一串的LED就直接接地，这样就只能对其中一串的LED电流进行恒流控制。这两种做法各有优缺点。两串并联时，所控制的是两串电流之和。所以，假如两串的LED伏安特性有所区别时，这两串的LED的电流就会有所不同。除了电流采样电阻以外，限压电阻R3和R4的值也需要作相应的调整。只要根据Vout=1.2*(1+R3/R4)的公式加以调整就可以。
现在还有很多人采用1W的LED，因为它比较成熟，散热也容易处理。我们也可以利用PAM2842来驱动3串10个1W的LED。总的输出功率大约是30W。只是对于1W的LED，它的驱动电流是350mA，所以三串并联以后的总电流加大到1.05A，要比一串10个3W的LED大很多。可以有两个办法解决。一个是改成两串10个1W，这样其电流是0.7A，和1串10个3瓦的一样。采样电阻仍然是0.142欧姆。还有一个办法，是把3串10个1瓦的总电流减少为0.9A。这样每一串的电流仍然可以有300mA，对于其亮度影响不大，总功率也没有超过30W。当然，也可以连成四串，每串5个1W的LED，总数为20个，甚至是连成5串，每串5个1W的LED。以减少由于某一串中的LED开路，所引起不亮的LED个数。这时采样电阻就要根据电流值来调整。但是不建议使用6串5个1W的LED架构，因为其实际的输出电流过大，已经超过了芯片的允许值。各种不同架构时所相应的电流采样电阻和输出限压电阻的值如下表所示。
PAM2842不只限于太阳能路灯中。而且也可以用于任何直流电源（12-24V）供电的LED照明系统，或是采用开关电源将交流变成直流输出的系统中。例如在很多应用中，出于安全的考虑，通常都是采用低压直流电源。例如水下照明，或是用户有可能接触到的地方。
一般性的开关稳压电源，通常只能提供稳压输出，而不能保证LED恒流。所以，当温度变化时，LED的电流就有可能变化。所有这些，都还是需要有像PAM2842这样的专为LED驱动用的恒流驱动芯片，才能保证LED灯具的性能。PAM2842是目前同类内置大功率MOSFET恒流驱动芯片中，输出功率最大的。
六、太阳能LED路灯的总体性能指标
现在就来看一下，台湾光炬科技公司所生产的LED路灯的总体指标。
这个LED路灯因为采用了回路热管，所以很好地解决了散热问题。可以保证其工作寿命超过50,000小时。而且它的重量很轻，100瓦只有5.5公斤；150瓦只有8.5公斤，远比采用铝质散热器为轻。这是一个可以实际使用的LED路灯，LED功率为100瓦时，12米高杆覆盖35平米。这时候的效果如下面的照片所示：
太阳能路灯控制器电路图
1 ．工作原理
电路原理见图 1 所示。该电路由以 U5 为核心组成的蓄电池过充电控制电路、以 U 4A ～U4D为核心组成的蓄电池电压指示电路及显示电压按钮开关 KS1 电路、以 U1B 组成的蓄电池过放电控制电路、以 U1A组成的开灯检测控制电路、以 U2 组成的开灯及延时熄灯及二次开灯定时控制电路，以及以控制三极管Q2驱动继电器组成的输出控制电路等组成。现分别介绍如下。
(1) 过充电、过放电检测保护部分太阳能电池组件板或阵列由插口 CZ1 的①脚输入，加至防反充电二极管 D2 的正极．D2的负极接 12V 蓄电池的正极，即 CZ1 的③脚。控制器在初始上电时，由于 C4 的作用使 U5②脚为低电平，③脚输出高电平，Q7 导通； Q8 截止，允许太阳能电池给蓄电池充电。当蓄电池所充的电压小于 14 ． 4V 时，由R13 、 (R38 十R39) 组成的串联分压电路送至 U5 ②、⑥电压低于 2 ／ 3 U5 的供电电压时，即小于6V，电路维持充电状态；随着充电时间的延长，蓄电池电压逐渐升高，当 U5 ②、⑥的电压高于 2 ／ 3 U5 供电电压时，U5③脚输出低电平， Q7 截止、 Q8 导通，给太阳能电池板泄放电流，停止对蓄电池充电。在U5③脚输出低电平的状态下，其⑦脚导通，相当于将 1140 并入电路中。此时电路的分压比为： R38+ R39 ／／ R40／IRl3+(R38+R39) ／／ R40 ，不难算出，当蓄电池电压低于设定值 13V 时．电路状态再次翻转，U5③脚输出高电平，允许蓄电池充电。
(2) 开灯检测方法与控制
太阳能电池板是一个很好的光敏元件，其输出电流、电压能随着接受光的强度和照度变化而变化，本控制器就是利用这一原理实现开、关灯控制的。太阳能电池板PVin 输入电压经 R5 、 R6 串联分压后；加至运放 U 1A ②脚，其③脚接于 R9 、R8+VR1的分压点上。在白天，太阳能电池板在阳光的照射下输出电压很高，其经 R5 、 R6 分压后使运放 U 1A②脚电压高于③脚， U 1A①脚输出低电平， Q1 截止， U2 无供电电压不工作，Q2截止，继电器不吸合，系统无输出电压，路灯不工作。随着天色渐黑，太阳能电池板输出电压降低。 UlA ②脚的电压也同步降低，当 U1A②脚电压低于③脚时，比较器翻转， U 1A ①脚输出高电平， Q1 导通，定时电路 U2 得电工作， Q2 导通、JDQ1吸合点亮路灯。图中 VR1 为路灯开灯时刻设置调节电位器，调节 VRl 可设置不同时刻点亮路灯。DW1是钳位二极管，作用是避免白天太阳能电池板接受的电压过高导致 U 1A ②脚输入电压过高而损坏。 C1 为储能电容，作用是防止 U1A②脚电压瞬时突变误点亮路灯。 R14 为反馈电阻．其作用是使 U 1A 成为一个迟滞比较器．防止和避免 U1A在开灯点附近振荡而反复开、关路灯。
(3) 路灯延时电路点亮、熄灭控制电路
延时控制电路选用 CD4541BE 可编程定时控制芯片，它功耗低、内置可编程分频器电路，最大分频级数为 65536 级。
本控制器设计定时开灯和定时关灯时间调节范围是： 2 ． 093 小时 -11 ． 93 小时．分别由 V ： R2 和VR3控制调节。
(4) 蓄电池停止放电优先控制电路
若在路灯欲点亮或已点亮时，蓄电池电压已经低于其允许终止放电值时， Q4 导通．此时无论 U 1A 输出高电平与否，均会使Q1截止，从而保护蓄电池避免过放电损坏。
(5) 电池电压指示电路
为了让现场看管、维护人员及时了解、掌握蓄电池的状态，本控制器设有 LED 电池电压指示装置，通过LLED点亮的数量指示蓄电池电压的高低。
2 ．电路调试
制作中发现。 NE555 时基电路的实际状态转换点，即 1 ／ 3V( ： C 与 2 ／3VCC状态的翻转跳变点并不是严格遵循理论值。通过调节电阻 R13 可实现 14 ． 4V 的过充电控制。将 R13 由设计的100kΩ换为 120k Ω即可达到实际要求。同理，通过调节 VR4 可校准蓄电池指示电压。
二、用 PIC 12F 675 单片机制作的太阳能路灯控制器
图 2 是用：PIC12F675单片机制作的太阳能路灯控制器电路。 PIC 12F 675 是 8 引脚单片机，具有 6个I ／ 0 口，自带内部 RC 振荡器 ( 振荡频率为 4MHz) 、 4 路 10 位 A ／D转换器、一路比较器，该控制器性能稳定、可靠，耗电低。
1 ．工作原理
PIC 12F675控制蓄电池的过充电、过放电，开、关路灯功能，定时点亮、天黑自动点亮、延时点亮、自动跟踪点亮等功能，路灯点亮测试控制功能，LED指示功能等。
由蓄电池 BTl 、蓄电池过充电控制执行场效应管 01 、三端稳压器 U1 组成电源供电系统； Q2 、 Q4．组成放电控制；K1 手动， R_GM1 光控自动开灯系统，蓄电池分压电阻，发光指示二极管等部分组成。太阳能电池板电压由接口J3输入．经防反充二极管 D1 后分成两路，一路经 U1 LM 78L 05 稳压后，为 PIC 12F675单片机提供工作电源，另一路经 FB 保险丝给蓄电池充电。单片机上电后，首先由 Rf 、 Cf组成的硬件电路进行复位．然后由软件控制U2 ③脚 GP4 输出高电平，让 Q4 导通、 Q2 截止，控制系统停止放电，再检测 U2⑦脚 GP0 上的分压值，通过内部 A／ D 转换及软件运算间接检测、判断蓄电池是否欠压、过压．若蓄电池发生过充电，则通过软件控制U2 ②脚 GP5 输出高电平，使 Q1导通．短路太阳能电池板、停止向蓄电池充电，同时点亮“过充电”指示灯 LED2；若未发生过充电，则 U2 ②脚 GP5输出低电平，允许蓄电池充电。通过检测 U2 ⑥脚 GP1 所接的光敏电阻R_GM1上的分压值，判断是否已经“天黑，到了开路灯时间”，若到了预设的开灯点，则由软件控制 u2 ③脚 GP4 输出低电平，使 Q4截止、02 导通，点亮路灯。若不到开灯点，则程序返回，循环检测上述诸参数。
K1 是手动开灯按钮。按下 K1 ，路灯点亮。单片机通过检测光敏电阻R_GM1上的分压值，判断是否“天黑”，若是天黑．则按设计要求点亮路灯，若否，单片机进入路灯控制器“测试”功能：2分钟后路灯自动熄灭。
2 ．说明
由于单片机程序设计十分灵活，故这里用“开灯点”作为开灯标记符，这个点可以是时间。也可以是天黑的“程度”。若定义的是时间，可以让路灯从此时开始计时，点亮若干小时后熄灭；若是天黑的程度，可以让路灯到了此天黑程度后开始点亮。此后既可计时熄灭，也可判别天亮后熄灭。一切由软件设计人员抉择。
太阳能路灯是理想的道路照明灯具，随着人们生活的提高和社会的不断发展，它将被广泛利用，使太阳赐给大地的光明在夜晚为人类照明。
太阳能路灯采用高效单晶(多晶)硅太阳能电池供电,采用免维护密封型蓄电池贮存电能,用高效节能灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性质可靠、发光效率高、亮度大、安装方便、无需铺设电缆电线，无需交流电能和电费，采用直流供电，光敏控制、安全可靠、节能、经济、环保，实用(根据配置和型号不同,充电一天可用3～7天))寿命长(太阳能池可用15～20年、蓄电池可用5～7年),是未来户外照明的发展方向和照明灯具中的一枝新秀。
太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳，有的还要配置逆变器。
1、太阳能电池板
太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，大约是光伏电池效率大约是单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。
2、太阳能控制器
太阳能灯具系统中最重要的一环是控制器，其性能直接影响到系统寿命，特别是蓄电池的寿命。控制器用工业级MCU做主控制器，通过对环境温度的测量，对蓄电池和太阳能电池组件电压、电流等参数的检测判断，控制MOSFET器件的开通和关断，达到各种控制和保护功能。皇明智能型太阳能灯具控制器能为蓄电池提供全面保护，使蓄电池更能可靠地长久工作。
太阳能照明原理、组成及控制系统 2010年01月21日 作者：胡兴军来源：《中国电源博览》第106期 编辑：李远芳
3、蓄电池
由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20~30%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。
4、光源
太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED光源。
LED灯光源，寿命长，可达1000000小时，工作电压低，不需要逆变器，光效较高，国产50Lm/w，进口80Lm/w。随着技术进步，LED的性能将进一步提高。笔者认为LED作为太阳能路灯的光源将是一种趋势。
目前多数草坪灯选用LED作为光源，主要利用太阳能电池的能源来进行工作。当白天太阳光照射在太阳能电池上，把光能转变成电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池在晚间为草坪灯的LED(发光二极体)提供电源。LED节能、安全、寿命长，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经经历了其关键的突破，并且其特性在过去5年中有很大提高，其性能价格比也有较大的提高。
5、灯杆及灯具外壳
灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距，道路的照度标准确定。灯具外壳根据我们收集了许多国外太阳灯资料，在美观和节能之间，大多数都选择节能，灯具外观要求不高，相对实用就行。
太阳能路灯由以下几部分组成：太阳电池、蓄电池、控制逆变器、光控及计时器、发光体。太阳能路灯是一个自动控制的工作系统，只要设定该系统的工作模式就会自动控制工作。控制模式一般分为三种：光控启动、光控关闭；计时控制启动和计时控制关闭；光控启动、计时控制关闭，我们一般选定该模式工作方式，灯在阳光低到设定值时传感控制启动灯工作，同时进行计时开始。当计时到设定时间时就停止工作。本系统的太阳电池有两种作用：一、在白天为蓄电池充电；二、做光控传感器，用RC元件的充电放电。我们一般采用18瓦或36瓦低压钠灯做为光源，因为其光效在光源中最高。
太阳能路灯是理想的道路照明灯具，随着人们生活的提高和社会的不断发展，它将被广泛利用，使太阳赐给大地的光明在夜晚为人类照明。
太阳能路灯采用高效单晶(多晶)硅太阳能电池供电,采用免维护密封型蓄电池贮存电能,用高效节能灯照明,并采用先进的充放电和照明控制电路,具有性质可靠、发光效率高、亮度大、安装方便、无需铺设电缆电线，无需交流电能和电费，采用直流供电，光敏控制、安全可靠、节能、经济、环保，实用(根据配置和型号不同,充电一天可用3～7天))寿命长(太阳能池可用15～20年、蓄电池可用5～7年),是未来户外照明的发展方向和照明灯具中的一枝新秀。
太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳，有的还要配置逆变器。
1、太阳能电池板
太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，大约是光伏电池效率大约是单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。
2、太阳能控制器
太阳能灯具系统中最重要的一环是控制器，其性能直接影响到系统寿命，特别是蓄电池的寿命。控制器用工业级MCU做主控制器，通过对环境温度的测量，对蓄电池和太阳能电池组件电压、电流等参数的检测判断，控制MOSFET器件的开通和关断，达到各种控制和保护功能。皇明智能型太阳能灯具控制器能为蓄电池提供全面保护，使蓄电池更能可靠地长久工作。
太阳能照明原理、组成及控制系统 2010年01月21日 作者：胡兴军来源：《中国电源博览》第106期 编辑：李远芳
3、蓄电池
由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd蓄电池、Ni-H蓄电池。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。可用一种简单方法确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20~30%，才能保证给蓄电池正常负电。蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。
4、光源
太阳能路灯采用何种光源是太阳能灯具是否能正常使用的重要指标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、LED光源。
LED灯光源，寿命长，可达1000000小时，工作电压低，不需要逆变器，光效较高，国产50Lm/w，进口80Lm/w。随着技术进步，LED的性能将进一步提高。笔者认为LED作为太阳能路灯的光源将是一种趋势。
目前多数草坪灯选用LED作为光源，主要利用太阳能电池的能源来进行工作。当白天太阳光照射在太阳能电池上，把光能转变成电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池在晚间为草坪灯的LED(发光二极体)提供电源。LED节能、安全、寿命长，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经经历了其关键的突破，并且其特性在过去5年中有很大提高，其性能价格比也有较大的提高。
5、灯杆及灯具外壳
灯杆的高度应根据道路的宽度、灯具的间距，道路的照度标准确定。灯具外壳根据我们收集了许多国外太阳灯资料，在美观和节能之间，大多数都选择节能，灯具外观要求不高，相对实用就行。
太阳能电池→储电池→光控开关→LED灯。
二、太阳能路灯照明控制系统
1.系统结构
太阳能路灯微机监控系统由微机主控线路、太阳能电池板、蓄电池充放电器、蓄电池组、LED光源驱动和LED灯等几部分组成。系统组成结构如图1所示：
(1)微机主控线路
微机主控线路是整个系统的控制核心，控制整个太阳能路灯系统的正常运行。微机主控线路具有测量功能，通过对太阳能电池板电压、蓄电池电压等参数的检测判断，控制相应线路的开通或关断，实现各种控制和保护功能。
(2)充电驱动线路
充电驱动线路由MOSFET驱动模块及MOSFET组成。MOSFET驱动模块采用高速光藕隔离，发射极输出，有短路保护和慢速关断功能。选用的MOSFET为隔离式、节能型单片机开关电源专用IC，驱动LED的全电压输入范围为150V～200V，输出电流为8A～9A。输入电压范围宽，具有良好的电压调整率和负载调整率，抗干扰能力强，低功耗。
本系统通过充电驱动线路完成太阳能电池组向蓄电池的充电，电路中还提供了相应的保护措施。
(3)LED驱动线路
由IGBT驱动模块及MOSFET组成，实现对路灯亮度的调节及路灯的开关。
(4)太阳能电池组
太阳能电池组由太阳能电池单体(工作电压约为0.5V,工作电流约为20～25mA/cm2,面积为10cm×10cm)以串、并方式连接成组件，一个标准组件包括36片单体，使一个太阳能电池组件大约能产生17V的电压，成为一个额定电压为12V的蓄电池池组。当应用系统需要更高的电压和电流组件时，可把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。
太阳能电池在整个系统中的作用有两个：其一是把太阳光转化为电能，即白天时，太阳能电池给蓄电池充电；其二是太阳能电池作为系统的光控元件，从太阳能电池两端电压的大小，即可检测户外的光亮程度，也就是从太阳能电池电压的大小来判断天黑和天亮及LED照明光源的亮度。
(5)蓄电池组
由于从光伏阵列得到的能量不总是与电子负载的需求相符，当光伏阵列本身不能提供足够的功率时，蓄电池仍能使负载工作。如果电子负载需要在夜间或在多云或阴天时工作，就需要能量的存储。蓄电池存储能量的大小设计为自主运行期间满足平均每日电子负载的需求。一般来说，应能储备5～7天的夜间照明用电量。蓄电池是整个太阳能路灯系统的关键部分，它是整个太阳能系统的储备能源设备，白天时太阳电池给蓄电池充电，晚上，系统和负载所用电全部由蓄电池来提供，其次，阴雨天的供电也要靠蓄电池来完成。在独立光伏系统中，由光伏阵列产生的电能不总是在电能产生的同时加以使用，所以在多数独立光伏系统中需要蓄电池。
(6)通信装置
由无线数传模块组成。无线数传模块支持GPRS,带有RS-232接口，通信距离达100米，抗干扰性强，不受广播电视，移动通信干扰，实现相邻路灯终端之间的通信。
2.功能控制
(1)太阳能路灯控制器的基本要求
太阳能路灯由多个LED灯串联而成，路灯照明系统不但消耗大量的电能，而且还需要投入巨额的日常维护费用，给城市带来电力供应和财政支出的双重压力。制定“按需照明”的供电策略可以缓解这一矛盾。通过编程可以实现对分布在城市繁华路段的路灯机动灵活的控制，可在任意时间段内通过PWM方式实现开关控制，以达到既烘托城市灯光气氛的目的。控制基本要求如下：
1)对前半夜与后半夜的亮度进行控制，控制比例依情况而定；
2)开启单边路灯策略，即蓄电池现有电量只供一路路灯照明，另一路路灯关闭；
3)半夜灯策略，即前半夜开灯，后半夜关灯，蓄电池现有电量只供前半夜照明使用。
太阳能路灯都是以自然光线的强弱来控制照明灯具的开关，这些光控太阳能照明系统的优化设计是系统长期可靠运行的前提。系统容量可以根据当地的地理位置、气象条件和负载状况做出最优化设计。但是由于季节因素，冬天太阳辐射要比夏天少，太阳电池阵冬天产生的电量比夏天少，可是冬天需要照明的电量却比夏天多，从而使照明系统的发电量与需电量形成反差，依然难以平衡月发电量盈余和耗电量亏损。为了提高照明系统发电量的利用率，克服系统缺电带来的不足，在太阳能照明系统的发展中，人们不断的对照明系统常用的控制模式进行分析，设计各种实际可行的工作模式，同时光源技术也在不断的更新换代中，蓄电池的充电模式也在不断的研究探索中有效利用率越来越高，因此在太阳能各个组成部分的发展和协调中，太阳能照明系统正在不断地趋于完善。
根据太阳能路灯系统的特点，路灯运行要兼顾蓄电池剩余容量的影响。当路灯正常开启时，根据蓄电池剩余容量检测法得到当前蓄电池容量，通过查询后得到蓄电池将要维持的供电时间，平均使用蓄电池现有电量，同时根据当晚可使用的蓄电池电量对路灯照明方式灵活控制，合理使用蓄电池现有电量。
(2)蓄电池充放电控制功能
蓄电池充放电控制是整个系统的重要功能，它影响整个太阳能路灯系统的运行效率，还能防止蓄电池组的过充电和过放电。蓄电池的过充电或过放电对其性能和寿命有严重影响。充放电控制功能，按控制方式可分为开关控制(含单路和多路开关控制)型和脉宽调制(PWM)控制(含最大功率跟踪控制)型。开关控制型中的开关器件，可以是继电器，也可以是MOS晶体管。脉宽调制(PWM)控制型只能选用MOS晶体管作为其开关器件。本系统采用脉宽调制控制器方式，并选用MOS晶体管作为开关器件。当白天晴天的情况下，根据蓄电池的剩余容量，选择相应的占空比方式向蓄电池充电，力求高效充电；夜间根据蓄电池的剩余容量及未来的天气情况，通过调整占空比方式进而调节LED灯亮度，以保证均衡合理使用蓄电池。
此外系统还具有对蓄电池过充的保护功能，即充电电压高于保护电压(15V)时，自动调低蓄电池的充电电压；此后当电压掉至维护电压(13.2V)时，蓄电池进入浮充状态，当低于维护电压(13.2 V)后浮充关闭，进入均充状态。当蓄电池电压低于保护电压(11V)时，控制器自动关闭负载开关以保护蓄电池不受损坏。通过PWM方式充电，既可使太阳能电池板发挥最大功效，又提高了系统的充电效率。本设计对蓄电池的反接、过充，过放具有相应保护措施。
(3)太阳能路灯运行方式控制功能
高亮度大电流LED灯，由于相同亮度的情况下，比白炽灯省电约90%，得到了广泛的应用，现已有逐渐替代常规照明灯的趋势。
太阳能路灯由多个LED灯串联而成，亮度通过PWM方式可调，即通过EN端改变流经LED的电流，从而调节LED灯亮度，电流强度可以从几毫安到1安培，最终使LED灯达到预期的亮度。
PWM信号可由微控制器产生，也可由其它脉冲信号产生，PWM信号可使通过LED灯的电流从0变到额定电流，即可使LED灯从暗变为正常亮度。PWM占空比越小(高电平时间长)，亮度越高。利用PWM控制LED的亮度，非常方便和灵活，是最常用的调光方法，PWM的频率可从几十Hz到几千KHz。
PWM调光是通过控制MOSFET晶体管实现的。由于本系统路灯单元采用的电压是由几个蓄电池串联产生的，所以选用MOSFET晶体管时，首先要考虑MOSFET的耐压，本系统要求MOSFET的耐压要高于40V；其次，根据驱动LED灯电流的大小，选择MOSFET的IDS的最大电流。在直流供电情况下，首先考虑的是IDS最大电流值和RDS值。一般情况下，应选用MOSFET的IDS最大电流是LED灯驱动电流的5倍以上；另外还要选择MOSFET的内阻要小；LED驱动电流越大，RDS应越小，RDS越小，变换效率越高。
城市太阳能路灯是和人民生活密切相关的公共设施，它在一定程度上反映了城市的繁荣程度及发展水平。在过去很长一段时间内，路灯的更新多是局限于其照明部分，随着城市及电子技术的发展，城市路灯系统经历了手工控制、自动定时/光电控制、计算机程序控制的发展过程。用计算机来实现城市太阳能路灯系统的自动控制，对于提高城市的现代化管理水平，节省人力、物力，都具有良好的经济和社会效益。通过有效的调节灯光开关时间，能够极大地提高了路灯系统的工作质量和工作效率，为城市照明系统的运行、维护、扩展、提供全面的解决方案和强有力的技术支持，提高了城市照明运行管理水平。
三、太阳能灯具的构成
不管是那一种太阳能灯具，它都是由5个部分组成，第一是太阳能电池，第二是蓄电池，第三是它的控制装置，第四是LED的驱动芯片，第五个是LED本身。通常太阳能电池板挂在高杆上，充放电控制器和铅蓄电池放在地面的控制箱内，驱动芯片和LED都装在灯头里。其示意图如图3所示。其中充放电控制器只能控制对蓄电池的充电和放电的过程和定时（或光控）向LED供电，而并不能稳定其输出电压。
4.1 LED的选择
因为目前LED的发光效率还是比较低，大约有85％的电能都转化为热能。所以发热很高。为了能够分散这些热量，不宜采用功率过大的LED。以目前的工艺来看，以1W的LED比较成熟。对于100W的LED灯头，需要采用100个1W的LED。这时大约有85W的热能要散发掉。LED的性价比是每美元的流明数。一方面希望它的发光效率高，也就是每瓦的流明数要高，目前，最高可以达到85－100流明/瓦。另一方面，希望它的价钱要便宜。1W的LED，批量购买时的最低价约为1美元一个。
4.2 二次光学设计
由于目前所有LED都带有小型透镜，而使其光束集中在80度左右的角度范围内，为了使得路面的照度能够宽阔均匀，通常都要进行二次光学设计。二次光学设计可以有很多方法，但是其最终的目的是一样的，就是要求能够使得路面的照度均匀。最理想的是三角型的照度曲线，但是实际上是无法实现的，因此，对于能够实现的照度曲线通常称为蝙蝠翼型（如下图）。
LED的效率还是比较低的，大约只有15％左右。也就是有85％的电能都转化为热能。而这些热能如果散不出去，就会反过来影响了LED的性能。最严重的是影响到LED的寿命。它的具体表现就是结温的上升。
目前最普通的做法就是采用尽可能大的铝制散热器。这虽然可以解决一些问题，但是这个方法会带来散热效果和重量之间的矛盾。为了散热效果好，就必须采用非常重大的散热器。而其效果还不尽人意。现在最新的方法是采用“回路热管”技术。这种方法可以在非常好的散热效果的同时还能够保持很轻的重量。
五、LED的恒流驱动
作为一种光源，LED的最大缺点就是它的发光不稳定，很容易受到电压温度的影响。而且，它对电压和温度的灵敏度还很高。所以一定要采用恒流驱动，来克服它的发光不稳定。
5.1 电压不稳所引起的发光不稳
在太阳能路灯中，主要采用铅蓄电池来储存太阳能。但是，有不少设计人员在设计中略去了恒流驱动，以为铅蓄电池的输出电压足够稳定，而不需要再采用恒流驱动就可以直接驱动LED，这种想法是错误的。
不论哪一种蓄电池它的输出电压都会随着放电而逐渐降低，在整个放电过程中，其输出电压的变化高达20％左右。如果将其直接对LED加电，会使LED的亮度产生很大的变化。现以铅蓄电池为例，它的放电曲线如下图所示。
而从LED伏安特性可以看出，10％的电压变化，将会引起极大的正向电流的变化。下图表明某一厂家所生产的1W LED的伏安特性。
而LED的发光亮度是直接和其正向电流有关的。同一厂家的同一1瓦 LED，其相对发光强度和正向电流的关系曲线如下图所示。
5.2 LED发光的温度不稳定
一步 此外，LED的正向电流还和结温有关，图12就表明LED在不同结温时的伏安特性。
5.3采用恒流驱动IC来稳定LED的正向电流
从LED的电压特性和温度特性中，可以得出结论，一定要采用一个集成电路来控制LED的电流使其不论在电池电压降低或是环境温度升高时都能保持正向电流恒定。PAM2842就是这样一种芯片。这颗芯片可以从低到5V高到28V的输入电源电压范围内，驱动10颗串联的3W LED。它的最高输出电压可以达到40V，而最大输出电流可以达到1.75A。但是总的输出功率不能大于30W。而且输入电压可以任意从5V变到28V，都能保持LED的电流不变。其应用电路如下图所示。
因为PAM2842在这里是作为升压芯片来应用的，所以在要求的升压比比较高时，其效率就比较低。举例来说，假如输入电压是24V，升压至40V，其效率可达95％以上。而假如输入电压为12V，仍然要求升压至40V，这时候其效率就只有91％左右。因为大多数太阳能路灯系统所采用的蓄电池是12V的，为了在12V时还能得到95％的效率，可以把10颗LED二极管分成两串，每一串为5颗LED串联，这样就只要求升压至20V以下，可以提高效率至95％。而且如果一个LED开路，顶多影响一串5个LED，而不至于影响另一串5个LED的工作。这时候，两串LED共用一个LED电流采样电阻，因为电流增加一倍，变成1.4A，所以电流采样电阻阻值也应当减小一倍，变成0.07欧姆。或者，只将其中的一串LED的电流进行采样，而另一串的LED就直接接地，这样就只能对其中一串的LED电流进行恒流控制。这两种做法各有优缺点。两串并联时，所控制的是两串电流之和。所以，假如两串的LED伏安特性有所区别时，这两串的LED的电流就会有所不同。除了电流采样电阻以外，限压电阻R3和R4的值也需要作相应的调整。只要根据Vout=1.2*(1+R3/R4)的公式加以调整就可以。
现在还有很多人采用1W的LED，因为它比较成熟，散热也容易处理。我们也可以利用PAM2842来驱动3串10个1W的LED。总的输出功率大约是30W。只是对于1W的LED，它的驱动电流是350mA，所以三串并联以后的总电流加大到1.05A，要比一串10个3W的LED大很多。可以有两个办法解决。一个是改成两串10个1W，这样其电流是0.7A，和1串10个3瓦的一样。采样电阻仍然是0.142欧姆。还有一个办法，是把3串10个1瓦的总电流减少为0.9A。这样每一串的电流仍然可以有300mA，对于其亮度影响不大，总功率也没有超过30W。当然，也可以连成四串，每串5个1W的LED，总数为20个，甚至是连成5串，每串5个1W的LED。以减少由于某一串中的LED开路，所引起不亮的LED个数。这时采样电阻就要根据电流值来调整。但是不建议使用6串5个1W的LED架构，因为其实际的输出电流过大，已经超过了芯片的允许值。各种不同架构时所相应的电流采样电阻和输出限压电阻的值如下表所示。
一般性的开关稳压电源，通常只能提供稳压输出，而不能保证LED恒流。所以，当温度变化时，LED的电流就有可能变化。所有这些，都还是需要有像PAM2842这样的专为LED驱动用的恒流驱动芯片，才能保证LED灯具的性能。PAM2842是目前同类内置大功率MOSFET恒流驱动芯片中，输出功率最大的。
六、太阳能LED路灯的总体性能指标
现在就来看一下，台湾光炬科技公司所生产的LED路灯的总体指标。
太阳能路灯控制器电路图
电路原理见图 1 所示。该电路由以 U5 为核心组成的蓄电池过充电控制电路、以 U 4A ～U4D为核心组成的蓄电池电压指示电路及显示电压按钮开关 KS1 电路、以 U1B 组成的蓄电池过放电控制电路、以 U1A组成的开灯检测控制电路、以 U2 组成的开灯及延时熄灯及二次开灯定时控制电路，以及以控制三极管Q2驱动继电器组成的输出控制电路等组成。现分别介绍如下。
(1) 过充电、过放电检测保护部分太阳能电池组件板或阵列由插口 CZ1 的①脚输入，加至防反充电二极管 D2 的正极．D2的负极接 12V 蓄电池的正极，即 CZ1 的③脚。控制器在初始上电时，由于 C4 的作用使 U5②脚为低电平，③脚输出高电平，Q7 导通； Q8 截止，允许太阳能电池给蓄电池充电。当蓄电池所充的电压小于 14 ． 4V 时，由R13 、 (R38 十R39) 组成的串联分压电路送至 U5 ②、⑥电压低于 2 ／ 3 U5 的供电电压时，即小于6V，电路维持充电状态；随着充电时间的延长，蓄电池电压逐渐升高，当 U5 ②、⑥的电压高于 2 ／ 3 U5 供电电压时，U5③脚输出低电平， Q7 截止、 Q8 导通，给太阳能电池板泄放电流，停止对蓄电池充电。在U5③脚输出低电平的状态下，其⑦脚导通，相当于将 1140 并入电路中。此时电路的分压比为： R38+ R39 ／／ R40／IRl3+(R38+R39) ／／ R40 ，不难算出，当蓄电池电压低于设定值 13V 时．电路状态再次翻转，U5③脚输出高电平，允许蓄电池充电。
(2) 开灯检测方法与控制
太阳能电池板是一个很好的光敏元件，其输出电流、电压能随着接受光的强度和照度变化而变化，本控制器就是利用这一原理实现开、关灯控制的。太阳能电池板PVin 输入电压经 R5 、 R6 串联分压后；加至运放 U 1A ②脚，其③脚接于 R9 、R8+VR1的分压点上。在白天，太阳能电池板在阳光的照射下输出电压很高，其经 R5 、 R6 分压后使运放 U 1A②脚电压高于③脚， U 1A①脚输出低电平， Q1 截止， U2 无供电电压不工作，Q2截止，继电器不吸合，系统无输出电压，路灯不工作。随着天色渐黑，太阳能电池板输出电压降低。 UlA ②脚的电压也同步降低，当 U1A②脚电压低于③脚时，比较器翻转， U 1A ①脚输出高电平， Q1 导通，定时电路 U2 得电工作， Q2 导通、JDQ1吸合点亮路灯。图中 VR1 为路灯开灯时刻设置调节电位器，调节 VRl 可设置不同时刻点亮路灯。DW1是钳位二极管，作用是避免白天太阳能电池板接受的电压过高导致 U 1A ②脚输入电压过高而损坏。 C1 为储能电容，作用是防止 U1A②脚电压瞬时突变误点亮路灯。 R14 为反馈电阻．其作用是使 U 1A 成为一个迟滞比较器．防止和避免 U1A在开灯点附近振荡而反复开、关路灯。
(3) 路灯延时电路点亮、熄灭控制电路
延时控制电路选用 CD4541BE 可编程定时控制芯片，它功耗低、内置可编程分频器电路，最大分频级数为 65536 级。
本控制器设计定时开灯和定时关灯时间调节范围是： 2 ． 093 小时 -11 ． 93 小时．分别由 V ： R2 和VR3控制调节。
(4) 蓄电池停止放电优先控制电路
若在路灯欲点亮或已点亮时，蓄电池电压已经低于其允许终止放电值时， Q4 导通．此时无论 U 1A 输出高电平与否，均会使Q1截止，从而保护蓄电池避免过放电损坏。
(5) 电池电压指示电路
为了让现场看管、维护人员及时了解、掌握蓄电池的状态，本控制器设有 LED 电池电压指示装置，通过LLED点亮的数量指示蓄电池电压的高低。
2 ．电路调试
制作中发现。 NE555 时基电路的实际状态转换点，即 1 ／ 3V( ： C 与 2 ／3VCC状态的翻转跳变点并不是严格遵循理论值。通过调节电阻 R13 可实现 14 ． 4V 的过充电控制。将 R13 由设计的100kΩ换为 120k Ω即可达到实际要求。同理，通过调节 VR4 可校准蓄电池指示电压。
二、用 PIC 12F 675 单片机制作的太阳能路灯控制器
1 ．工作原理
PIC 12F675控制蓄电池的过充电、过放电，开、关路灯功能，定时点亮、天黑自动点亮、延时点亮、自动跟踪点亮等功能，路灯点亮测试控制功能，LED指示功能等。
由蓄电池 BTl 、蓄电池过充电控制执行场效应管 01 、三端稳压器 U1 组成电源供电系统； Q2 、 Q4．组成放电控制；K1 手动， R_GM1 光控自动开灯系统，蓄电池分压电阻，发光指示二极管等部分组成。太阳能电池板电压由接口J3输入．经防反充二极管 D1 后分成两路，一路经 U1 LM 78L 05 稳压后，为 PIC 12F675单片机提供工作电源，另一路经 FB 保险丝给蓄电池充电。单片机上电后，首先由 Rf 、 Cf组成的硬件电路进行复位．然后由软件控制U2 ③脚 GP4 输出高电平，让 Q4 导通、 Q2 截止，控制系统停止放电，再检测 U2⑦脚 GP0 上的分压值，通过内部 A／ D 转换及软件运算间接检测、判断蓄电池是否欠压、过压．若蓄电池发生过充电，则通过软件控制U2 ②脚 GP5 输出高电平，使 Q1导通．短路太阳能电池板、停止向蓄电池充电，同时点亮“过充电”指示灯 LED2；若未发生过充电，则 U2 ②脚 GP5输出低电平，允许蓄电池充电。通过检测 U2 ⑥脚 GP1 所接的光敏电阻R_GM1上的分压值，判断是否已经“天黑，到了开路灯时间”，若到了预设的开灯点，则由软件控制 u2 ③脚 GP4 输出低电平，使 Q4截止、02 导通，点亮路灯。若不到开灯点，则程序返回，循环检测上述诸参数。
K1 是手动开灯按钮。按下 K1 ，路灯点亮。单片机通过检测光敏电阻R_GM1上的分压值，判断是否“天黑”，若是天黑．则按设计要求点亮路灯，若否，单片机进入路灯控制器“测试”功能：2分钟后路灯自动熄灭。
2 ．说明
由于单片机程序设计十分灵活，故这里用“开灯点”作为开灯标记符，这个点可以是时间。也可以是天黑的“程度”。若定义的是时间，可以让路灯从此时开始计时，点亮若干小时后熄灭；若是天黑的程度，可以让路灯到了此天黑程度后开始点亮。此后既可计时熄灭，也可判别天亮后熄灭。一切由软件设计人员抉择。
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