太阳能路灯控制系统的包装设计与实现

陈岩 胡天让 陈创业

【摘 要】由于太阳能光源是21世纪最具发展前景的光电科技，随着科技的不断发展，光伏电源技术被广泛利用。让污染远离地球，把绿色带回家园，将太阳赏给大地的光明在白天储存，夜晚为人类照明，使越来越多的太阳能路灯成为公共露天场所理想的照明首选。本文针对太阳能路灯的工作方式，设计的控制电路可以实现太阳能电池组件向蓄电池组充电，晚上由蓄电池组提供电能给LED灯光源供电，实现照明。本电路具有过充、过放保护功能，确保蓄电池组不因过充或过放而被损坏。同时设计了光控时控、市电自动接入充电、照明等功能，避免了连续阴天不能充电和照明的情况。

【关键词】太阳能路灯 控制电路 设计

1 太阳能路灯工作方式

根据太阳及路灯工作模式，白天在控制电路作用下，太阳能电池板经太阳光的照射转换成电能，向蓄电池组充电，晚上由蓄电池组供电给LED灯光源，实现照明。照明时间可根据光线强弱和时间任意设定，方式灵活。

蓄电池是太阳能路灯的电源，是储存太阳能的关键器件，过充电及过放电现象均会造成电池损坏，影响其使用寿命。连续晴天、阴天都会出现过充过放现象，保护电路在太阳能路灯电路中非常关键。同时，连续阴天会造成蓄电池长期亏电、路灯不能点亮的情况，市电应急接入电路可以补充电池电量及路灯照明，控制电路基本组成如图1所示。

2 控制电路工作原理

在工作原理上，太阳能路灯就是以太阳能为光源，在白天太阳能电池板会给蓄电池充电。晚上，当需要照明的时候，蓄电池自动给灯源供电使用。其在使用中无需铺设复杂昂贵的供电线路，使得其能在任何场地任何环境安装，它的电池采用自然光，可以循环使用，无需外界电源，来源绿色环保，当太阳光不足一定程度时，太阳能路灯能够自动调节开关，真正做到了无人守护、全天候工作。

2.1 充电电路及过充电保护电路

充电电路由太阳能板、二极管D3、过充控制开关J1-1、熔断器及蓄电池组成。由于太阳能板每块输出电压约在17V—20V，其输出电流远小于蓄电池额定充电电流，直接给蓄电充电，能够满足蓄电池蓄电要求。在天气连续晴朗多日的情况下，蓄电池很容易充足，端电压会超过上限14.4V，若不控制就会使蓄电池处于过度充电状态，影响蓄电池的使用寿命，为保护蓄电池，在电池电压升到14V时停止充电。

此功能电路由LM339比较器实现，同相端接蓄电池，反映电池电压。反相端接稳定基准电压9V，当电池电压升高到14V时，同相端电压高于反相端电压，LM339翻转，输出高电平，Q1导通，继电器J1吸合，过充控制开关J1-1断开，切断太阳能电池板与蓄电池充电回路，实现过充保护功能。

2.2 放电電路及过放保护电路

放电电路由蓄电池、熔断器、光控时控器、LED灯负载组成。由于光控时控器技术条件比较成熟，可根据环境光控、定时随意设置，直接选择应用。在光线较弱或定时启动，接通电路，LED灯点亮，照明电路正常工作。当蓄电池电能不足时，表现为电池电压下降，电压降至10.8V下限时，若不控制就会使蓄电池处于亏电状态，影响蓄电池的使用寿命，为保护蓄电池，在电池电压降到11V时停止放电。

此功能电路由LM339比较器实现，反相端接蓄电池，反映电池电压。同相端接稳定基准电压9V，当电池电压降低到11V时，反相端电压低于同相端电压，LM339翻转，输出高电平，Q2导通，继电器J2吸合，过放控制开关J2-1断开，切断蓄电池与灯负载的放电回路，实现过放保护功能。

2.3 光控时控电路

选择带光控探头、时控功能的微电脑时控开关。根据光照度或设定时间启动，智能自行开关灯操作。

2.4 市电接入电路及补充电路

若出现连续阴天，太阳能板光伏效应下降，对蓄电池充电能力下降，甚至无法给电池充电，电池电能量的持续下降而得不到有效补充，将使电池处于长时间亏电状态。为保护蓄电池过度放电，设计了过放保护电路，在电池亏电时会自行切断负载，关闭照明。一方面造成路灯中断照明，给人们的出行带来不便，另一方面电池处于亏电状态，若不及时充电，将会影响蓄电池的使用寿命。市电接入电路及补充电路的设计，对上述问题进行了很好的解决。在过放保护电路动作的时候，J2常开触头闭合，继电器JC得电吸合，市电电源接入，经降压变压器、整流滤波电路供电，灯负载得电恢复照明。

同时，外来电源经D3向蓄电池充电。为防止充电时电池电压短时间升高，导致过放保护电路释放，影响照明和充电，设计了过放保护电路保持电路。此电路在继电器J2动作时，常闭触头J2-2打开，电阻R8接入比较电路，使比较器反相端电压维持在较低的电位，保证比较器一直输出高电平。随着充电时间增加，电池端电压逐渐升高，直到比较器反相端电压高于同相端时，比较器翻转，过放保护电路释放，切断市电电路，完成补充电功能。

结语

本文所设计的太阳能路灯控制电路结构简单，功能齐全，充分考虑了蓄电池正常使用条件，设置过充过放保护电路及市电补充充电照明功能，自动切换，实现以太阳能供电照明为主、市电补充照明为辅，保证了路灯的不间断工作，为人们的夜晚出行提供了有力保障。

参考文献

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