基于单片机的大功率太阳能LED路灯设计与仿真

导读: 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。

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.

图2 LED特性曲线及整列图