光伏电子线路分析与设计6.4 太阳能升压草坪灯电路分析与设计

太阳能草坪灯充放电控制器的设计和电路原理太阳能草坪灯电控制器作为光伏电池和铅酸蓄电池的接口电路，一般都希望让其工作在最大功率点，实现更高的效率，但是在实现最大功率点跟踪的同时，还需要考虑进行蓄电池充电控制。

目前常用的主电路拓扑主要有降压型电路（Buck）变换器、升压型电路（Boost）变换器、丘克电路（Cuk）变换器等。

一般光伏电池输出电压波动较大，而Buck变换器或Boost变换器只能进行降压或升压变换，受此影响，光伏电池不能在大范围内完全工作于最大功率点，从而造成系统效率下降。

同时，Buck变换器输入电流纹波较大，如果输入端不加一个储能电容就会使系统工作在断续状态下，从而导致光伏电池输出电流时断时续，不能处于最佳工作状态；而Boost变换器输出电流纹波较大，用此电流对蓄电池进行充电，不利于蓄电池的使用寿命；Cuk变换器同时具有升压和降压功能，将Cuk变换器应用于光伏系统充电控制器中，可以在较大范围内实现最大功率点跟踪，有利于系统效率的提高。

因此，常选用Cuk变换器作为充电控制器的主电路，其系统拓扑如图7所示。

Cuk变换器在负载电流连续的情况下，其电路的稳态过程有：1、开关管Vr导通期间此期间开关管Vr导通，电容C2上的电压使二极管D2反偏而截止，这时输入电流iL2使Ll储能；C2的放电电流iL2使L2储能，并供电给负载，如图8（a）所示。

2、开关管Vr截止期间此期间开关管Vr截止，二极管D2正偏而导通，电源和Ll的释能电流iLl向C2充电，同时L2的释能电流iL2以维持负载，如图8（b）所示。

因此，Vr截止期间C2充电，Vr导通期间C2向负载放电，C2起能量传递的作用。

太阳能草坪灯的电路原理比较简单。

下面我们具体介绍一种简单的太阳能草坪灯的电路原理。

它的控制器就是采用升压电路来实现的。

元器件选择：BT1选用3.8V/80mA太阳能电池板，单晶硅为好，多晶硅次之；BT2选用两节1.2V/600mA Ni-Cd电池，如需要增大发光度或延长时间，可相应提高太阳能板及电池功率。

项目20 太阳能草坪灯电路制作(二)
一、告知（教学内容、目的）
任务告知：实现太阳能草坪灯控制电路制作
1.分析太阳能草坪灯电路制作功能；
2.完成太阳能草坪灯控制电路设计；
3.完成电路制作与参数测试（设计测量点，验证电路功能）；
二、课程引入
图10是一个简单的太阳能草坪灯电路，该电路也可用在太阳能草皮灯及太阳能光控玩具中。

与图10电路相比，其不再用兆敏电阻检测光线强弱来控制电路的工作与否，而是用太阳能电池兼做光线强弱的检测，因为太阳能电池本身就是一个很好的光敏传感器件。

当有阳光照射时，太阳能电池发出的电能通过二极管VD向蓄电池DC充电，同时太阳能电池的电压也通过R1加到VTI的基极，使VT1导通，VT2、VT3截止，LED不发光。

当黑夜来临时，太阳能电池两端电压几乎为零，此时VT1截止，VT2、VT3导通，蓄电池中的电压通过S、R4加到LED两端，LED发光。

在本电路中太阳能电池兼做光控元件，调整Rl的阻值，可根据光线强弱调整灯的工作控制点。

该电路的不足是没有防止蓄电池过度放电的电路或元件，当灯长时间在黑暗中时，蓄电池中的电能会基本耗尽。

开关S就是为了防止草坪灯在存储和运输当中将蓄电池的电能耗尽而设置的。

图10 太阳能草坪灯控制电路原理图二
三、计划（附相关说明）
1.设计电路，实现太阳能草坪灯控制电路制作；
2.设计参数表及电路参数测量点，分析电路设计的可行性；
3.实训耗材准备
四、项目实施（附数据表）
1.电路设计和项目实施。

2.数据表测量与分析。

五、项目检测
1.是否已经完成本项目要求；
2.系统参数测量是否成功；
六、总结。

多种太阳能草坪灯电路工作原理图文说明太阳能草坪灯具有安全、节能、环保、安装方便等特点。

它主要利用太阳能电池的能量为草坪灯供电。

当白天太阳光照射在太阳能电池上时，太阳能电池将光能转变为电能并通过控制电路将电量存储在蓄电池中。

天黑后，蓄电池中的电能通过控制电路为草坪灯的LED 光源供电。

第二天早晨天亮时，蓄电池停止为光源供电，草坪灯熄灭，太阳能电池继续为蓄电池充电二周而复始、循环工作。

太阳能草坪灯的控制电路就是通过外界光线的强弱让草坪灯按上述方式进行工作。

下面就介绍几款常用控制电路的构成和简要工作原理。

图5-14 太阳能草坪灯控制电路原理图图5-14是早期的一款太阳能草坪灯控制电路。

是通过光敏电阻来检测光线的强弱。

当有太阳光时，太阳能电池产生的电能通过VDI为蓄电池DC充电。

光敏电阻R2也呈现低电阻值，使VT2基极为低电平而截止。

当晚上无光时，太阳能电池停止为蓄电池充电，VD1的设置阻止了蓄电池向太阳能电池反向放电。

同时，光敏电阻由低阻变为高阻值，VT2导通，VT1基极为低电平也导通，由VT3、VT4、C2、R5、L等组成的直流升压电路得电工太阳能光伏发电系统设计施工与维护作，LED发光。

直流升压电路实际上就是一个互补振荡电路，其工作过程是：当VTI导通时电源通过L、R5、VT2向C2充电，由于C2两端电压不能突变，使VT3基极为高电平，VT3不导通，随着C2的充电其压降越来越高，VT3基极电位越来越低，当低至VT3导通电压时VT3导通，VT4随即导通，C2通过VT4放电，放电完毕VT3、VT4再次截止，电源再次向C2充电，如此周而复始，电路形成振荡。

在振荡过程中，VT4导通时电源经L到地，电流经L储能。

当VT4截止时，L两端产生感应电动势和电源电压叠加后驱动LED发光。

为防止蓄电池过度放电，电路中增加R4和VT2构成过放保护，当电池电压低至2V时，由于R4的分压使VT2不能导通，电路停止工作，蓄电池得到保护。

太阳能草坪灯控制系统研究与设计【摘要】设计了一款低功耗、高性能的以STM32为核心的太阳能草坪灯控制系统，阐述了系统的工作原理和软硬件电路设计。

该系统具有防过充、防过放、自动开启和关闭草坪灯的功能。

将光敏元件采集到的信号送到STM32，由STM32自带的ADC实现对输入信号多通道同步模数转换，根据光照强度控制照明电路。

蓄电池是太阳能草坪灯的唯一电源，通过限定其两端的电压，防止过充、过放，有效地保护蓄电池，延长其使用寿命。

【关键词】STM32；草坪灯；ADC；蓄电池1.引言随着能源危机的日益加重，太阳能光伏发电技术得到人们的重视。

太阳能草坪灯以无须架设电缆、安装方便、美化环境等优点而受到越来越多的重视。

但是现有的太阳能控制系统成本高，效率低，严重的制约了太阳能在节能灯方面的发展。

本文设计了一款新型太阳能控制系统，该系统采用STM32芯片对照明系统进行控制，防止过充、过放，根据光照情况及时开关灯。

该控制器在实现了多样化的道路照明同时获得了最佳的节能效果。

2.太阳能草坪灯的系统结构如图1所示：太阳能草坪灯实质上是一个小型独立光伏系统，主要有太阳能电池板、蓄电池、控制电路、照明电路等组成。

其中控制系统STM32是整个系统的核心，负责数据的处理和控制工作，它的性能好坏关系到整个系统是否能够正常运行。

3.硬件系统的实现3.1 STM32芯片简介STM32F103系列是以ARMv7构架的嵌入式处理器，它是一款高性能、低功耗、低成本的芯片。

它最高工作频率可达到72MHZ，具有512K字节的闪存和64K的SRAM。

STM32的12位ADC为逐次逼近型模数转换器，各通道有单次、连续或扫描模式，转换的结果以左对齐或右对齐存储寄存器中。

芯片内嵌2个12位的ADC，通道采样时间可编程，最快可达到1μs，每个ADC具有16个外部通道，具有转换速度快、精度高的优点。

3.2 控制电路蓄电池是独立光伏系统必不可少电能存储器件，其放电深度和过充电程度都会影响蓄电池的寿命。

太阳能草坪灯实验报告太阳能草坪灯实验报告一、引言太阳能作为一种可再生能源，近年来备受关注。

随着环保意识的提高，人们越来越关注如何利用太阳能来替代传统能源。

在这个背景下，太阳能草坪灯作为太阳能应用的一种重要形式，被广泛使用。

本实验旨在探究太阳能草坪灯的工作原理和效果。

二、实验设备和方法实验所需的设备包括太阳能草坪灯、太阳能电池板、电池、灯泡、开关等。

实验步骤如下：1. 将太阳能电池板放置在光照充足的地方，确保能够吸收到足够的阳光。

2. 将太阳能电池板与电池连接，通过电池将太阳能转化为电能储存起来。

3. 将电池与草坪灯连接，使灯泡能够通过电能点亮。

4. 在不同光照条件下观察草坪灯的亮度和持续时间，并记录实验数据。

三、实验结果在实验过程中，我们发现太阳能草坪灯的亮度和持续时间与光照条件密切相关。

当阳光充足时，太阳能电池板能够吸收到足够的太阳能，并将其转化为电能，以供草坪灯使用。

在这种情况下，草坪灯的亮度较高，持续时间较长。

然而，当天气阴沉或太阳能电池板受到阻挡时，草坪灯的亮度和持续时间会明显减弱。

四、讨论与分析通过实验结果，我们可以得出以下结论：1. 太阳能草坪灯的工作原理是通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，以点亮灯泡。

2. 太阳能草坪灯的亮度和持续时间与光照条件密切相关，光照越充足，草坪灯的亮度和持续时间越长。

3. 天气阴沉或太阳能电池板受到阻挡会导致草坪灯的亮度和持续时间减弱。

从实验结果中可以看出，太阳能草坪灯作为一种利用太阳能的照明设备，具有一定的可行性和实用性。

然而，它的效果受到光照条件的限制，不能在任何天气条件下都保持良好的亮度和持续时间。

因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的光照条件和设备。

此外，太阳能草坪灯还具有环保和节能的特点。

与传统的电池供电草坪灯相比，太阳能草坪灯不需要外部电源，完全依靠太阳能供电，减少了对化石能源的依赖，降低了能源消耗。

这对于减少环境污染和节约能源具有重要意义。

太阳能草坪灯组件设计与应用太阳能草坪灯是一种通过太阳能发电板充电，并在夜间自动开启照明的灯具，广泛应用于室外庭院、花园、公园等地方。

太阳能草坪灯不仅美观实用，而且环保节能，成为现代生活中不可或缺的一部分。

而太阳能草坪灯的设计与应用是其能否发挥最佳效果的关键。

一、太阳能草坪灯组件设计1.太阳能发电板：太阳能草坪灯的核心组件之一，负责将太阳能转化为电能存储到电池中。

太阳能发电板应选择高效、耐用的材料，并具备良好的光电转化效率。

2.电池组：负责存储太阳能转化的电能，以供夜间照明使用。

电池组应选择高性能的锂电池或镍氢电池，具有长寿命、高循环次数、低自放电率等特点。

3.LED灯珠：作为照明部分，LED灯珠通常选择功率较小、发光效果较好的产品，以提供明亮、节能的照明效果。

4.控制电路：控制电路是太阳能草坪灯实现自动开启和关闭的关键，它可以根据光线强弱自动调节亮度，并能够根据光感器监测到的环境光强度实时控制LED灯的亮度。

5.外壳设计：太阳能草坪灯的外壳设计应具备防水、耐高温、耐低温等特点，以保证其在室外环境下的正常使用。

二、太阳能草坪灯的应用1.庭院照明：太阳能草坪灯可以布置在庭院的草坪、花坛等地方，为庭院增添独特的装饰效果，同时提供夜间照明。

2.花园景观：太阳能草坪灯可以点缀花园景观，为花园增添浪漫、温馨的氛围，使花园在夜间更加迷人。

3.公园景观：太阳能草坪灯也适用于公园景观的照明，可以布置在道路两侧、草坪上等位置，提供安全、便利的照明服务。

4.商业区照明：太阳能草坪灯还可以应用于商业区的照明，点缀商业区的环境，提升商业区的品质，吸引更多人流。

5.马路照明：太阳能草坪灯可以布置在马路两侧或中央分隔带上，为马路行车提供照明服务，提高夜间行车的安全性。

在实际应用中，太阳能草坪灯的设计和安装都需要考虑到具体的环境和需求，选择合适的组件和布置方式，以确保其能够发挥最佳效果。

通过合理的设计和布置，太阳能草坪灯可以为人们的日常生活带来便利和舒适，同时也为城市的照明环境提供了一种新的解决方案。

太阳能草坪灯系统单元电路的设计方案1.1 照明负载LED外施电压后在其内部会产生受激电子跃迁光辐射。

按照不同半导体基本材料的物理特性，所产生的光波长是不同的。

发光二极管的实质性结构是P—N结，在半导体P—N 结通以正向电流时注入少数载流子，少数载流子的发光复合就是发光二极管的工作机理。

半导体P—N结发光实质为固体发光，而各种固体发光都是固体内不同能量状态的电子跃迁的结果。

半导体材料的发光机理决定了单一LED芯片不可能发出连续光谱的白光，必须以其它的方式合成白光。

白光LED通常是在发射蓝光的InGaN基材上涂荧光材料，荧光材料在受到蓝光激励时会发出黄光，蓝光和黄光的混合物形成白光[8]。

由于LED是直流供电器件，很容易制成直流灯具，广泛应用于直流系统，如太阳能灯具产品。

应首选平光型超高亮LED或平光型与束光型超高亮LED组合使用，将多个LED 集中于一起，排列组合成一定规则的LED发光源。

超高亮白光LED发光源既要保证有一定的照射强度，又要使其具有较高的光效，然而电流的增大，光通量虽然增大，但是，另一方面电流的增加会引起光源热损耗的增加，通常导致管温的增加，其综合效果是光效降低，所以把光通量和光效的交合点为最佳工作点，一般为17.5 mA 。

太阳能LED灯具的具体技术指标如表1所示。

超高亮白光LED发光源具有如下优点：寿命长。

LED 的寿命长达100000h，而白炽灯的寿命一般不超过2000 h，荧光灯的寿命也不过5000 h左右。

效率高。

相对于传统的第一代照明光源白炽灯，LED的功耗只有前者的10％～20％。

绿色环保。

与广泛使用的第二代照明荧光灯相比，LED不含汞、无频闪，是一种环保光源。

耐低温。

环境使用温度在一40℃～80℃，环境适应性非常强[15]。

这种电路的关键是针对蓄电池的充放电特性设计一个比较好的电压比较点，再加上发光二极管构成的充放电状态指示电路，便成了一个具有实用功能的智能控制器，具有防蓄电池过放电、过充电功能。

LED太阳能路灯草坪照明设计太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其无可比拟的优势得到迅速的推广应用。

作为第四代新光源，在城市亮化美化、道路照明、庭院照明、室内照明以及其他各领域的照明和应用中得到了有效的利用。

尤其是在偏远无电地区，太阳能照明灯具更具有广泛的应用前景。

一般人认为，节能灯可节能4/5是伟大的创举，但LED比节能灯还要节能1/4，这是固体光源伟大的革新。

除此之外，LED 还具有光线质量高，基本上无辐射，可靠耐用，维护费用极为低廉等优势，属于典型的绿色照明光源。

超高亮LED的研制成功，大大地降低了太阳能灯具使用成本，使之达到或接近工频交流电照明系统初装的成本报价，并且具有保护环境、安装简便、操作安全、经济节能等优点。

由于LED具有的光效率高，发热量低等优势，已经越来越多地应用在照明领域，并呈现出取代传统照明光源的趋势。

在我国西部，非主干道太阳能路灯、太阳能庭院灯渐成规模。

随着LED太阳能太阳能灯具的大力发展，“绿色照明”必将会成为一种趋势。

而LEDLED太阳能草坪灯草坪灯作为其中的一个代表，也将得到大力的推广和应用，本文主要介绍它的一些知识，希望能给大家一些启发。

2 LED太阳能草坪灯的定义及结构组成太阳能草坪灯主要利用太阳能电池的能源来进行工作，当白天太阳光照射在太阳能电池上，把光能转变成电能存贮在蓄电池中，再由蓄电池在晚间为草坪灯的LED（发光二极体）提供电源。

其优点主要为安全、节能、方便、环保等。

适用于住宅社区绿草地美化照明点缀，公园草坪美化点缀。

LED太阳能草坪灯的结构组成：由太阳能电池组件（光电板）、超高亮LED灯（光源）、免维护可充电蓄电池、自动控制电路、灯具等组成。

3 太阳能草坪灯的系统组成、控制原理和电路原理太阳能草坪灯的系统组成LED太阳能草坪灯是一个独立的发电系统。

它能够独立的完成把太阳能转换为电能，并能把电能转换成热能供照明和装饰使用，而不需要电线的传输。

一个独立的光伏系统一般由以下三部分组成：太阳电池组件；充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。