摘要：針對(duì)現(xiàn)有太陽(yáng)能系統(tǒng)普遍存在的效率低，壽命短，運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題，提出一種應(yīng)用于太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的新型智能控制器。實(shí)現(xiàn)了基于芯片CN3717的蓄電池能量智能管理，芯片對(duì)蓄電池在不同狀態(tài)下進(jìn)行充電，延長(zhǎng)了蓄電池的壽命，由光敏電路控制的負(fù)載電路也極大程度提高了蓄電池的使用效率，滿足了太陽(yáng)能照明系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行與準(zhǔn)確切換的要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方案的有效性。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能照明系統(tǒng)；蓄電池；LED；控制電路

    隨著煤炭，石油，天然氣等不可再生能源的日趨枯竭，能源問(wèn)題己經(jīng)成為制約人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要問(wèn)題之一，太陽(yáng)能作為無(wú)污染的可再生的綠色能源，越來(lái)越受到世界各國(guó)的青睞，充分開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能是各國(guó)政府可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略，是解決能源與環(huán)境保護(hù)的主要對(duì)策之一目前，利用太陽(yáng)能的有效途徑就是將它轉(zhuǎn)換成電能的光伏發(fā)電技術(shù)，而太陽(yáng)能照明系統(tǒng)就是光電轉(zhuǎn)換的一個(gè)重要用途。
    在光伏發(fā)電技術(shù)使用過(guò)程中，不少產(chǎn)品沒(méi)有按照光伏發(fā)電的工作特點(diǎn)和運(yùn)行規(guī)則來(lái)設(shè)計(jì)，往往使系統(tǒng)無(wú)法長(zhǎng)期正常運(yùn)行，有些產(chǎn)品雖然使用了智能控制，光伏電池的工作特點(diǎn)雖然達(dá)到了滿足，但是其成本較高也是個(gè)不可忽視的問(wèn)題。
    文中介紹了一種基于CN3717芯片控制的獨(dú)立型太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)，能更好的解決以上存在的問(wèn)題。在白天，太陽(yáng)能電池板把吸收的太陽(yáng)輻射光經(jīng)廣電轉(zhuǎn)換后由CN3717給鉛酸蓄電池充電，再由蓄電池給由光敏電路控制的LED負(fù)載供電，CN3717對(duì)蓄電池具有過(guò)充過(guò)放保護(hù)功能，同時(shí)提高了系統(tǒng)的效率。
    基于芯片的能量管理電路，通過(guò)檢測(cè)太陽(yáng)能電池和蓄電池的電壓，并根據(jù)光敏電路來(lái)確定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

1 系統(tǒng)組成
    太陽(yáng)能LED照明系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板，蓄電池，CN3717控制電路，和光敏控制的LED燈組成，如圖1所示。

    太陽(yáng)能電池：太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的輸入，為整個(gè)系統(tǒng)提供照明和控制所需電能。在白天光照條件下，太陽(yáng)能電池將所接收的光能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)充電電路對(duì)蓄電池充電：天黑后，太陽(yáng)能電池停止工作，輸出端開(kāi)路。本設(shè)計(jì)采用10 W多經(jīng)太陽(yáng)能鋼化玻璃封裝的電池板，吸光效果好，IP65等級(jí)防護(hù)。
    CN3717控制電路：CN3717是PWM降壓模式鉛酸電池充電管理集成電路，獨(dú)立對(duì)鉛酸電池充電進(jìn)行自動(dòng)管理，CN3717具有涓流，恒流，過(guò)充電和浮充電的幾個(gè)模式。非常適合鉛酸電池的充電，特別是在陰雨天太陽(yáng)光照不足的情況下，也能充分對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，保證照明系統(tǒng)的正常使用。同而提高太陽(yáng)電池板的效率。
    蓄電池：作為太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，白天蓄電池將太陽(yáng)能電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，到夜間再轉(zhuǎn)換回電能輸出到照明負(fù)載。全天中智能控制器的電源一直由蓄電池供給。本設(shè)計(jì)采用的是12 V，4 A免維護(hù)蓄電池，過(guò)充過(guò)放保護(hù)裝置，有效地保護(hù)蓄電池的使用壽命。
    LED照明系統(tǒng)：本設(shè)計(jì)采用的是超亮LED，每個(gè)LED的功率只有0．6 W，但亮度超過(guò)100 LM，相當(dāng)于日光燈10 W的光通量，多棱角折射PC面罩，時(shí)光元更透徹、不刺眼。即使在陰雨天電池達(dá)不到充分充電的情況下低功率的LED燈也能持續(xù)的工作。

2 太陽(yáng)能控制電路設(shè)計(jì)
    太陽(yáng)能控制電路是控制太陽(yáng)能電池方陣對(duì)鉛酸蓄電池充電以及蓄電池給負(fù)載供電的自動(dòng)控制電路。它對(duì)蓄電池的充，放電條件加以規(guī)定和控制，是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分。
    本文設(shè)計(jì)的充電控制器用CN3717芯片作為主控器件，通過(guò)涓流，恒流，過(guò)充電和浮充電四種模式對(duì)蓄電池進(jìn)行保護(hù)性充電。如圖2所示為CN3717控制電路。

    流充電模式，恒流充電電流由公式(1)決定：
   
    其中，ICH是恒流充電電流，RCS是連接于CSP管腳和BAT管腳之間的充電電流檢測(cè)電阻當(dāng)電池電壓繼續(xù)上升接近過(guò)充電電壓時(shí)，充電器進(jìn)入過(guò)充電模式，充電電流逐漸減小。當(dāng)充電電流減小到EOC管腳電阻設(shè)置的過(guò)充電結(jié)束電流時(shí)，CN3717進(jìn)入浮充電模式，此時(shí)BAT管腳電壓被調(diào)制在浮充電電壓。過(guò)充電結(jié)束電流由公式(2)決定：
   
    其中，IEOC過(guò)充電結(jié)束電流，單位為安培，Rext是從EOC管腳到地之間連接的電阻，單位為歐姆。Rext的電阻值不能大于100 kΩ，否則充電將不能正常結(jié)束。RCS是在CSP管腳和BAT管腳之間的充電電流檢測(cè)電阻，單位為歐姆。
    在浮充電狀態(tài)，如果斷開(kāi)輸入電源，再重新接入，將開(kāi)始一個(gè)新的充電周期；如果電池電壓下降到再充電閾值(過(guò)充電電壓的82％)，那么也將自動(dòng)開(kāi)始新的充電周期。
    當(dāng)輸入電壓掉電時(shí)，CN3717自動(dòng)進(jìn)入睡眠模式，內(nèi)部電路被關(guān)斷，這樣可以減少電池的電流消耗，延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間。

3 LED負(fù)載電路
    使用光敏電阻控制的LED負(fù)載電路能夠根據(jù)外界陰暗情況，來(lái)調(diào)節(jié)高亮二極管的亮暗程度，使得蓄電池的續(xù)航能力變得更強(qiáng)，即使蓄電池經(jīng)過(guò)一次充電，遇到連續(xù)的陰雨天也能使LED燈工作達(dá)到十天以上。如圖3所示為光敏控制的LED負(fù)載電路。

    導(dǎo)通此時(shí)VCC經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻分壓后使得高亮二極管發(fā)光進(jìn)行照明。
    此時(shí)光耦合器工作電流約為10 mA。電源電壓為12 V，所以三極管發(fā)射極電壓約為11 V。電阻R1值的選取根據(jù)公式(3)決定：
   
    高亮LED工作電壓為3 V，工作電流為20 mA。3個(gè)高亮LED串聯(lián)的電壓約為9 V。所以電阻值R2的選取根據(jù)公式(4)決定：
   
    有光敏控制的LED負(fù)載電路，更加高效的利用了蓄電池的電量，使照明系統(tǒng)的工作時(shí)間達(dá)到了一定程度的延長(zhǎng)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    建立圖1所示結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能照明系統(tǒng)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)組成包括：12 V，4 A免維護(hù)鉛酸蓄電池，10 W多晶太陽(yáng)能電池板，光敏電路控制的LED負(fù)載。
    表1為充電器進(jìn)入涓流充電模式時(shí)蓄電池電壓與充電電流的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，蓄電池初始電量為容量的13％。
    涓流充電階段結(jié)束后，充電自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒流充電和浮充電狀態(tài)，充電電流迅速減少，如上表1所示16：00，17：00為恒流充電狀態(tài)。

    太陽(yáng)能照明系統(tǒng)最終硬件電路圖，如圖4所示為太陽(yáng)能系統(tǒng)硬件電路圖。

5 結(jié)論
    文中介紹了一種新穎的應(yīng)用于太陽(yáng)能系統(tǒng)的智能控制器。該控制器基于芯片CN3717和由光敏電路控制的智能負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行，滿足了光伏發(fā)電的工作特點(diǎn)和運(yùn)行規(guī)則，同時(shí)使整個(gè)系統(tǒng)的成本達(dá)到很好的控制?；贑N3717的智能控制對(duì)蓄電池提供涓流，恒流，過(guò)充，浮充電幾種方式進(jìn)行充電，能顯著提高蓄電池的使用壽命，并且高亮LED光源功耗小，發(fā)光效率高。整個(gè)系統(tǒng)成本低，性能穩(wěn)定，與同類產(chǎn)品相比較具有較高的使用價(jià)值。