太陽能路燈控制系統的包裝設計與實現

陳巖 胡天讓 陳創業

【摘 要】由于太陽能光源是21世紀最具發展前景的光電科技，隨著科技的不斷發展，光伏電源技術被廣泛利用。讓污染遠離地球，把綠色帶回家園，將太陽賞給大地的光明在白天儲存，夜晚為人類照明，使越來越多的太陽能路燈成為公共露天場所理想的照明首選。本文針對太陽能路燈的工作方式，設計的控制電路可以實現太陽能電池組件向蓄電池組充電，晚上由蓄電池組提供電能給LED燈光源供電，實現照明。本電路具有過充、過放保護功能，確保蓄電池組不因過充或過放而被損壞。同時設計了光控時控、市電自動接入充電、照明等功能，避免了連續陰天不能充電和照明的情況。

【關鍵詞】太陽能路燈 控制電路 設計

1 太陽能路燈工作方式

根據太陽及路燈工作模式，白天在控制電路作用下，太陽能電池板經太陽光的照射轉換成電能，向蓄電池組充電，晚上由蓄電池組供電給LED燈光源，實現照明。照明時間可根據光線強弱和時間任意設定，方式靈活。

蓄電池是太陽能路燈的電源，是儲存太陽能的關鍵器件，過充電及過放電現象均會造成電池損壞，影響其使用壽命。連續晴天、陰天都會出現過充過放現象，保護電路在太陽能路燈電路中非常關鍵。同時，連續陰天會造成蓄電池長期虧電、路燈不能點亮的情況，市電應急接入電路可以補充電池電量及路燈照明，控制電路基本組成如圖1所示。

2 控制電路工作原理

在工作原理上，太陽能路燈就是以太陽能為光源，在白天太陽能電池板會給蓄電池充電。晚上，當需要照明的時候，蓄電池自動給燈源供電使用。其在使用中無需鋪設復雜昂貴的供電線路，使得其能在任何場地任何環境安裝，它的電池采用自然光，可以循環使用，無需外界電源，來源綠色環保，當太陽光不足一定程度時，太陽能路燈能夠自動調節開關，真正做到了無人守護、全天候工作。

2.1 充電電路及過充電保護電路

充電電路由太陽能板、二極管D3、過充控制開關J1-1、熔斷器及蓄電池組成。由于太陽能板每塊輸出電壓約在17V—20V，其輸出電流遠小于蓄電池額定充電電流，直接給蓄電充電，能夠滿足蓄電池蓄電要求。在天氣連續晴朗多日的情況下，蓄電池很容易充足，端電壓會超過上限14.4V，若不控制就會使蓄電池處于過度充電狀態，影響蓄電池的使用壽命，為保護蓄電池，在電池電壓升到14V時停止充電。

此功能電路由LM339比較器實現，同相端接蓄電池，反映電池電壓。反相端接穩定基準電壓9V，當電池電壓升高到14V時，同相端電壓高于反相端電壓，LM339翻轉，輸出高電平，Q1導通，繼電器J1吸合，過充控制開關J1-1斷開，切斷太陽能電池板與蓄電池充電回路，實現過充保護功能。

2.2 放電電路及過放保護電路

放電電路由蓄電池、熔斷器、光控時控器、LED燈負載組成。由于光控時控器技術條件比較成熟，可根據環境光控、定時隨意設置，直接選擇應用。在光線較弱或定時啟動，接通電路，LED燈點亮，照明電路正常工作。當蓄電池電能不足時，表現為電池電壓下降，電壓降至10.8V下限時，若不控制就會使蓄電池處于虧電狀態，影響蓄電池的使用壽命，為保護蓄電池，在電池電壓降到11V時停止放電。

此功能電路由LM339比較器實現，反相端接蓄電池，反映電池電壓。同相端接穩定基準電壓9V，當電池電壓降低到11V時，反相端電壓低于同相端電壓，LM339翻轉，輸出高電平，Q2導通，繼電器J2吸合，過放控制開關J2-1斷開，切斷蓄電池與燈負載的放電回路，實現過放保護功能。

2.3 光控時控電路

選擇帶光控探頭、時控功能的微電腦時控開關。根據光照度或設定時間啟動，智能自行開關燈操作。

2.4 市電接入電路及補充電路

若出現連續陰天，太陽能板光伏效應下降，對蓄電池充電能力下降，甚至無法給電池充電，電池電能量的持續下降而得不到有效補充，將使電池處于長時間虧電狀態。為保護蓄電池過度放電，設計了過放保護電路，在電池虧電時會自行切斷負載，關閉照明。一方面造成路燈中斷照明，給人們的出行帶來不便，另一方面電池處于虧電狀態，若不及時充電，將會影響蓄電池的使用壽命。市電接入電路及補充電路的設計，對上述問題進行了很好的解決。在過放保護電路動作的時候，J2常開觸頭閉合，繼電器JC得電吸合，市電電源接入，經降壓變壓器、整流濾波電路供電，燈負載得電恢復照明。

同時，外來電源經D3向蓄電池充電。為防止充電時電池電壓短時間升高，導致過放保護電路釋放，影響照明和充電，設計了過放保護電路保持電路。此電路在繼電器J2動作時，常閉觸頭J2-2打開，電阻R8接入比較電路，使比較器反相端電壓維持在較低的電位，保證比較器一直輸出高電平。隨著充電時間增加，電池端電壓逐漸升高，直到比較器反相端電壓高于同相端時，比較器翻轉，過放保護電路釋放，切斷市電電路，完成補充電功能。

結語

本文所設計的太陽能路燈控制電路結構簡單，功能齊全，充分考慮了蓄電池正常使用條件，設置過充過放保護電路及市電補充充電照明功能，自動切換，實現以太陽能供電照明為主、市電補充照明為輔，保證了路燈的不間斷工作，為人們的夜晚出行提供了有力保障。

參考文獻

[1]公茂法，賈斌，公政，張曉明，李琦.基于TL431的太陽能LED路燈控制器設計[J].電子技術應用，2011（06）.

[2]黃國華.太陽能路燈[J].太陽能，2001（04）.

[3]伊世明，徐貴生，高瑞林.一種智能型太陽能路燈的設計[J].太陽能，2009（02）.

[4]勞志軍.太陽能路燈的應用及分析[J].陽光能源，2009（05）.

[5]劉祖明，李杰慧，陳隆正，金塍川，朱勛善.太陽能路燈的最佳設計方法與工程實踐[J].陽光能源，2011（01）.