[发明专利]一种降压型太阳能LED路灯供电系统储能电容计算方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子应用技术领域，尤其涉及一种降压型太阳能LED路灯供电系统储能电容计算方法。

背景技术

近年来，全球能源短缺和环境污染问题日益突出，这对照明电源也提出了更高的要求，LED以其高效、长寿命、无污染等特点，被视为替代传统灯具的理想光源，同时太阳能作为一种新兴的绿色能源，正得到迅速的推广应用。对于太阳能LED路灯，不同于传统的路灯，不能用交变的市电直接驱动，而是由太阳能电池板作为供电源，经DC-DC变换得到合适LED路灯的恒压或恒流驱动，传统的DC-DC变换电路主要有Buck电路、Boost电路以及?uk电路，Buck型DC-DC变换器，由于太阳能电池输出电压往往大于负载(如蓄电池)端电压，而且输出电压脉动较小，所以其应用最为广泛。在一些空间电源设备的供电系统中，往往采用低压大电流充电控制技术，因此普遍采用Buck型DC-DC变换器。Boost电路与Buck电路互补，它只能实现太阳能电池输出电压升高变换，虽然Boost变换器输入端无需电容就可以始终工作在电流连续的状态下，但是它的输出波纹较大；Buck/Boost电路可以得到较宽的输出电压范围，其输出电压可低于也可高于输入电压，但该电路增加了功率开关管的电压应力，并且输入和输出端电流脉动量都很大，通常输入端与输出端还需加滤波器，对于中小规模的光伏发电系统不很实用；?uk电路在输入端和输出端均有电感，能显著减小输入和输出电流的脉动，但其也增加了电路功率开关管的电压应力，同时由于其电路结构较为复杂，采用电容来传送能量，系统的可靠性降低。

由于LED路灯要求低压供电，因此采用Buck型DC-DC变换器实现降压输出，但传统的Buck电路，在功率开关管Q关断时，太阳能电池输出电流不连续，造成其工作时断时续，不能始终处于最佳工作状态，导致功率损耗，因此需要在太阳能电池输入侧并联一个储能电容C，一旦加入储能电容，当Buck变换器的功率开关管断开时，太阳能电池阵列仅给储能电容充电，储能电容电压(即太阳能电池电压)升高；当开关管导通时，储能电容放电，太阳能电池阵列与储能电容共同向负载提供能量，储能电容电压(即太阳能电池电压)下降，减小功率损耗。

目前，在太阳能电池输入侧并联的这个储能电容C的容值大小是根据经验取值，对储能电容的具体容值计算方法还是空白，这就导致系统储能电容取值不精确，造成系统不可靠，成本高等缺陷。

发明内容

本发明提出一种降压型太阳能LED路灯供电系统储能电容计算方法，可以精确地得到储能电容的容值大小，提高降压型太阳能LED路灯供电系统的可靠性。

本发明采用技术方案是：太阳能LED路灯供电系统采用Buck型DC-DC变换器主电路结构，在太阳能电池输入侧并联一个储能电容C₁，当DC-DC变换器主电路中的开关管关断时，太阳能电池给储能电容C₁充电，当开关管开通时，储能电容C₁放电，太阳能电池与储能电容C₁共同向负载提供能量，先根据公式                                                计算出开关管开通时的储能电容C₁放电电流最大值，，，，为太阳能电池电流，为太阳能电池输出电流额定值，为负载电流，在一个开关周期内，储能电容电容C₁充电电流i_C1在储能电容等效串联电阻ESR_C1上产生正压降，放电电流I_C1-dis在产生负压降，根据公式得到充电电流i_C1，再将充电电流i_C1 代入公式计算出储能电容等效串联电阻ESR_C1，为储能电容C₁电压的脉动值，取，V_m为太阳能电池输出额定电压；最后根据经验公式计算得到储能电容C₁ 值。

本发明提出一种降压型太阳能LED路灯供电系统储能电容计算方法，该方法弥补了电路中储能电容没有具体容值计算方法的空白，改善了以往只能根据经验取值选型的缺陷，有效地提高了系统的可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明：

图1是太阳能LED路灯供电系统Buck变换器主电路的结构图：