数控太阳能LED照明驱动系统

图3 DSC控制光伏DC-DC转换/MPPT

    MPPT控制采用基于占空比为控制变量的扰动观察法，由于太阳能光伏电池的输出呈非线性特性，为提高其利用率，对太阳能光伏电池的输出进行MPPT控制，以使太阳能光伏电池板的输出功率在不同的温度和太阳辐射强度下的达到最大化，见图4，本设计是将MPPT和DC/DC转换器结合起来，用高效率的转换器起太阳能光伏电池负载的阻抗变换作用，再在DSC的控制和管理下，寻求太阳能LED照明驱动系统的最大功率跟踪。

　　升压转换电路的输入输出电压见下式，降压转换电路的输入输出电压关系见公式：

　　式中U out为输出电压，U int为输入电压。D 为PWM的占空比，可通过调节占空比来调节输出端的电压。对于VT4通路，可通过调节PWM2H输出驱动的占空比，从而调节负载电流，因此，通过对PWM变换器的反馈控制，可将光伏系统的工作点跟踪稳定在最大功率点。

图4 寻找最大功率点

　　蓄电池是太阳能LED照明系统的重要部件，蓄电池的管理控制不仅影响到蓄电池和整个系统的工作效率，也极大影响蓄电池的工作寿命。通常关注的是放电深度、充电程度和温度等3个方面，本设计采用DSC集中控制管理，是将蓄电池的管理和MPPT的工作过程统一控制进行，即进行蓄电池的MPPT充电管理方式，蓄电池控制和处理的内容有电池容量、三阶段充电电池端电压和电流测控、放电深度控制、温度补偿控制等。

　　MPPT程序模块流程如图5所示。

图5 MPPT流程简图

　　在初始化后，通过电流和电压的采样测量，可获得光伏电池的输出功率，在输出电压稳定的状态下，通过电流占空比的微调DD ，使光伏电池的输出电流有微量变化DI ，再检测光伏电池的输出功率的变化，在设定的算法和当时的环境变量情况下，判断DP 的变化方向，再来决定下一阶段的占空比的变化方向，见图4。如果功率的变化小于了设定的微小量ε，则判定找到了最大输出功率点，只有到下一工作状态时，才继续寻找新的最大输出功率工作点。

　　本设计的LED照明驱动控制为PWM方式恒压恒流控制，可调光多路大功率LED驱动控制， 如图6 所示。电感L3、功率MOSFET管VT6和VD4构成升压型DC/DC转换器，通过控制PWM3H输出的PWM的占空比，获得一个稳定的输出电压，PWM3L、PWM4H和PWM4L这3个PWM通道进行多路LED照明的恒流控制，R21、R23、R25提供LED照明驱动电路的电流反馈采样，U5是数字温度传感器DS18B20，通过单总线1-wireBUS和数字信号控制器dsPIC33F进行数据通信，将LED照明光源的温度送给DSC，R16向DSC提供输出电压采样，DSC将各路采样反馈参数和程序的设置参数进行对比后，通过调节各PWM的占空比，使LED照明光源得到稳定设置的驱动电压和电流。VT7、VT8和VT9在DSC的数字PWM信号控制下，使LED光源实现宽的调光范围，在数字信号控制器DSC的控制管理下，对LED照明光源的驱动控制具有全面的过压、过流和热防护功能。

图6 LED照明驱动控制

　　2 结语

　　本文对太阳能LED照明驱动控制技术进行了分析和研究，并针对太阳能光伏电池的特性，提出了基于数字信号控制器和DC/DC转换器的MPPT控制方式，结合大功率LED照明的驱动特性，设计了一种以DSC为控制核心的全数字化PWM式太阳能LED照明控制系统，具有恒压恒流控制性能，宽范围调光能力，能从多个方面保护和改善蓄电池的工作状态，延长蓄电池的使用寿命，采用数字PWM式的MPPT控制，能使太阳能光伏电池工作在最佳功率输出状态。