基于单片机的大功率太阳能LED路灯电路设计与仿真

摘 要： 随着社会的发展和人口的增长， 人们需要面对环境和资源的严峻挑战， 于是新一代的照明灯具---太阳能LED 路灯受到了越来越多的关注。本文设计了一具双电源供电模式、具光控和时控功能、具有较强抗干扰能力的功率为40W左右的太阳能LED 路灯。文中介绍了路灯LED 发光面板的设计、太阳能电池与蓄电池的选择， 同时详细讨论分析了路灯各部分驱动电路的工作原理， 并对主要电路用Protues 和keil 软件进行了仿真。仿真结果与理论分析结果相符。

1 引言

LED 作为第四代照明光源， 正以其独有的优越性在城市美化、道路照明、庭院照明、室内照明以及其他各领域中得到越来越广的应用。尤其在偏远无电地区， 太阳能照明灯具以其不可阻挡的优势得到迅速的推广应用。某作者对LED 灯中的太阳能电池板的安装、控制器的功能、铅蓄电池的安置和恒流驱动电路等进行了探讨， 但没有给出控制器等关键电路的设计和仿真。另一些作者[4 ] 从光源设计、驱动电路设计和散热设计3 方面说明了LED路灯设计中应遵循的原则， 但使用的电路没有实现智能化， 无法进行程序控制。

本文设计和仿真了一基于AT89C52 单片机智能控制的， 功率约为40W 太阳能LED 路灯。它采用了双电源供电模式， 具备光控和时控功能， 抗干扰能力较强。文中主要介绍了太阳能LED 路灯发光面板的设计、太阳能电池与蓄电池的选择， 同时详细分析和讨论了路灯各部分的电路设计及工作原理， 并应用Protues 和keil 软件对LED 路灯的充电电路、升压电路和控制电路进行了仿真。仿真结果与设计指标一致。

2 太阳能LED 路灯硬件电路设计

2.1 系统硬件组成

太阳能LED 路灯系统主要由太阳能电池组件、LED 灯具、灯杆和控制箱(内有充电器、控制器、蓄电池等等) 四部分构成。本文设计的太阳能LED 路灯总功率约为40W.电路的结构原理图如图1 所示。从中可以看出， 该系统采用的是双电源供电。系统电路主要由太阳能电池、蓄电池、充电电路、升压电路、控制电路、电LED 驱动电路和LED阵列组成。

图1 太阳能LED 路灯系统结构

2.2 LED 工作原理与电路设计

LED 具有对电压敏感的特性， 本设计选用的是杭科电子公司制造的型号为HKP2D1W1 的30 颗的白光LED.从图2 (A) 所示的LED 特性曲线图可知，当正向电压达到314V 以后只要稍微改变顺向电压，正向电流就会有很大的变化。为了得到预期的亮度并且避免正向电流超过LED 的最高额定电流， 因此本文采用的LED 驱动方式为电流驱动。

LED 阵列采用5 行6 列的形式， 电路如图2(B) 所示。LED 选用同一公司同一批次的产品， 这样可以认为每颗LED 的特性基本相同的。因此流过每一列LED 的电流均为350mA , 也就是该一型号的LED 的典型工作电流。系统的照明功率约为40W,光通量约为1200lm.

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