[实用新型]一种太阳能LED照明装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体照明技术领域，特别是涉及一种太阳能LED照明装置。

背景技术

进入21世纪的人类面临的三大主要问题是能源、环境和经济，能源和经济问题日益成为制约社会经济发展的瓶颈，人类当前所使用的矿物能源日趋耗尽，环境污染日益严重，在严峻的能源替代形势和人类生态环境逐渐恶化的双重压力下，开发新能源成为世界各国关注的焦点，开发可再生而且不污染环境的清洁能源的任务已经迫在眉睫。

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的无污染的洁净能源，已被公认为未来解决能源危机的最有效能源；LED灯具有寿命长、高效节能、环保等优势。

太阳能照明技术目前还存在着效率较低、成本较高的问题，尤其是在单体式照明上，所以研发更节能、更高光效的新型LED光源是迫在眉睫。目前，市场上的太阳能LED照明产品，大多采用的是控制器和驱动电源的分体式设计结构，由光伏发电控制器和LED驱动电源模块的两套系统组合而成，这样会使得整体效率较低、集成度不高，同时具有设计复杂、工作效率低、系统成本高和可靠性差等缺点，针对以上不足，提出了一种基于数字控制双向同步整流的DC-DC变换器的系统方案，能降低系统的成本和提高整机电路转换效率，具有良好的工程应用价值。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是太阳能LED照明系统存在着整体效率不高，本实用新型针对整体效率的问题，提供一种太阳能LED照明装置，基于数字控制的双向DC-DC太阳能LED照明装置，使得系统成本减小、系统集成度上升，从而提高整体电路的转换效率。

本实用新型的基本原理是主电路设计一款双向同步整流DC-DC变换器集合充放电功能来达到能量的双向流动:当DC-DC变换器正向运行时，充电环路采用Buck型拓扑结构，利用改进的传统扰动观察法进行最大功率点跟踪，引进MPPT功能来保证最大限度的提高光伏电池的输出能量，当DC-DC变换器反向运行时，放电环路采用Boost型拓扑结构，对LED负载恒压驱动，同时，使用传感模块采集的数据作为对比，提供系统的可靠性。另外，由于MOS管的内阻很低，本文采用MOS管去替换典型电路中的二极管，能大大降低其本身的损耗。系统设计基于单片机的数字控制，使用PIC16F887单片机为主控制芯片作为微处理器MCU，能有效的提高整体系统的集成度和可靠性，降低系统的体积、重量。

一种太阳能LED照明装置，包括太阳能电池，蓄电池，单片机，双向DC-DC电路,放电模块，充电模块，LED负载,传感模块，双向DC-DC电路与放电模块、充电模块、蓄电池、单片机相连，充电模块与太阳能电池相连，放电模块与LED负载相连，单片机与传感模块相连。

双向DC-DC电路包括双向同步整流DC-DC变换器、二极管、单向开关组合，然后加上合理控制以达到能量的双向运动，起到集蓄电池充放电为一体的作用，提高整机系统的集成度和电路转换效率。

利用改进的传统扰动观察法进行最大功率点跟踪，引进MPPT功能来保证最大限度的提高光伏电池的输出能量。当DC-DC变换器反向运行时，放电环路采用Boost型拓扑结构，对LED负载恒压驱动。

双向DC-DC变换器的拓扑结构为非隔离型，拓扑结构采用双向Buck-Boost型变换器。

变换器电池两端的输出使用了LCL滤波器，可以更好的降低电池侧的纹波电流与纹波电压。

微控制器MCU选用是由美国Microchip公司设计生产的PIC16F887，它是PIC16系列的一种低功耗、低成本的单片机，具有8级深的硬件堆栈、2路PWM直接输出通道、14路10位高速A/D转换器等特点，I/O口功能强大，能够对采样电压进行实时分析，支持在线串行编程且使用方便快捷，完全满足控制系统的要求。高性能的PIC16F887单片机作为主要控制芯片，它控制着整个系统的充、放电管理模块。

Buck电路中的开关功率管选用MOSFET功率管，驱动电路使用栅极驱动芯片IR2103R2103芯片是IR公司开发的一种专门针对功率管驱动的芯片，并且它具有两种互相独立的高端与低端的输出通道。因此，只需要一个IR2103芯片就能够驱动两个MOS开关管。同时，IR2103芯片有自举供电作用，在无需使用额外隔离电源的状况下，可以很便捷的驱动较小功率的全桥电路。因而，选用IR2103芯片来驱动电路，使用简单方便，电路有较高的可靠性。