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
毕业设计(论文)：太阳能草坪灯的设计[管理资料]
![毕业设计(论文)：太阳能草坪灯的设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/5242e32126fff705cd170a55.png)
2009届本科毕业论文（设计）
论文题目：太阳能草坪灯的设计
学生姓名：
所在院系：机 电 学 院
所学专业：应用电子技术教育
指导老师：
完成时间：2009年5月25日
摘要
太阳能作为可再生能源的一种，指太阳能的直接转化和利用，通过转换装置把太阳辐射能转换成热能，再利用热能进行发电。本设计是对目前草坪灯存在的抗干扰性低，不能自动化控制，且寿命短等缺陷进行改进与创新。
经纬型控制器采用单片机技术，模拟日照规律，晚上能自动开灯、早晨能自动关灯。它采取光控开关时间的优点，克服了光控开关易受干扰的缺点，取钟控器时间准确之长处，克服了定时开关不会自动变换开关时间之短处。目前路灯控制常采用这种控制方式，但其价格较高，在草坪灯中使用将会增加不必要的成本。灯箱的智能控制这一课题己有研究者，但目前尚未有成熟的产品上市。本设计是结合以上几种控制方式的优点，综合从节电、经济和实用等方面考虑，利用定时控制和光敏电阻控制相结合的方式，来实现根据天气状况自动控制灯箱电源的目的。经过综合考虑，决定采用光控和定时控制相结合的控制方式。
（2）技术水平较低。我国太阳电他的效率较低，平均在14-16％；组件封装水平低，工程现场证明，部分产品大约3-5年就出现发黄、起泡、焊线脱落、效率下降等问题，近几年产品质量有提高，但同国外仍有一定差距。
（3）专用原材料国产化程度不高。专用材料如银浆、封装玻璃、EVA等尚未完全实现国产化。国家曾将提高商业化电池效率和材料国产化列入“八五”计划，并取得一定成果，但性能有待进一步改进，各厂家部分材料仍然采用进口品。
我国太阳能光伏发电技术产业化及市场发展经过近20年的努力，已经奠定良好的基础。目前有4个单晶硅电池及组件生产厂和2个非晶硅电池生产厂。但在总体水平上我国同国外相比还有很大差距，主要表现在以下几个方面：
光伏电子线路分析与设计6.1 BOOST升压电路1
6.1 BOOST升压电路
三、案例分析 2.开关频率对输出电压波形的影响
通道2,输出波形
通道1,驱动波形 L=50mH,f=1000HZ,D=0.5
通道2,输出波形
L=50mH,f=1000HZ,D=0.5
通道1,驱动波形
取L=50mH，f2=100Hz，f1=1000Hz
开关频率越大，理论上来说输出电压的脉动就越小，但是此时开关器件的损耗 正大，同时在电感上的感抗增大。所以，在提高开关频率的时候应考虑开关损 耗对电路的影响。
在电路达到稳定时电感L1增加和 减小的能量（电动势）一样。
当Q1截至时：
Uo
Ud
L
d
I L
U d Ton L
Uo
Ud L
Toff
所以： Uo
Ton Toff Toff
Ud
Ud 1 D
其中，D为占空比。当D=0时，Uo=Ud，但D 不能为1，因此在0≤D＜1变化范围内，输出电 压总是大于或等于输入电压。
6.1 直流升降压电路分析与制作
掌情握B景OOS7T升反压电馈路工电作路原理及其应用
能搭建、分析、设计BOOST升压电路
6.1 BOOST升压电路
【案例引导】 测试电路如下图6.2所示，测量输入与输出关系。
IL
L1
30mH XFG1
Ud 20 V
D1
R2 1Ω
Q1
驱动信号
+
C1
RL uo
1µF
10kΩ
6.1 BOOST升压电路
三、案例分析 1.电感对输出电压波形的影响
L=50mH,f=100HZ,D=0.5
通道2,输出波形 通道1,驱动波形
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(实训指导书)
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
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
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
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
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。
太阳能草坪灯设计与制作
太阳能草坪灯设计与制作
一、任务
某企业承接了一批太阳能草坪灯的电路的一部分设计、样机组装与调试任务，请按照相应的企业生产标准完成该产品的设计，实现该产品的基本功能、满足相应的技术指标，并正确编写设计报告。
电路图如图1-2-22所示。
图1-2-22 太阳能草坪灯电路图
二、工作要求
1.设计要求
当R4没接入的时候，不计VQ4的基极电压为。
（忽略基极电流）
2.进行系统的安装接线
装接前先要检查器件的好坏，核对元件数量和规格，如在调试中发现元器件损坏，则按损坏器件扣分。
根据提供的印制电路板安装电路，安装工艺符合相关行业标准。
不损坏电器元件，安装前应对元器件检查。
2.进行系统的通电调试
装配完成后，通电测试。
并利用提供的仪表测试本电路。
三、实施条件
1．场地、设施设备及软件环境条件
设施设备及软件要求
2．考点提供的工具清单
3．考点提供的材料清单
四、考核时量:120分钟
五、评价标准（应包含技能与素养要求，其中素养要求分值原则上不超过20%）。
光伏电子线路分析与设计6.1 BOOST升压电路
一、教案头本次课标题：BOOST升压电路授课班级光伏上课时间2课时上课地点理工南104教学目标能力（技能）目标知识目标掌握BOOST升压电路工作原理分析掌握BOOST电路分析BOOST升压原理能力训练任务及案例将直流电能转换为另一种固定电压或电压可调的直流电能的电路称为直流斩波电路。
它利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压的大小，因此也称为开关型DC/DC 变换电路或直流斩波电路。
直流斩波电路的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因素校正，逆变器以及其他领域的交直流电源等。
【案例引导】测试电路如下图6.2所示，测量输入与输出关系。
驱动信号通道2：输入直流电压信号通道2：输出直流电压信号Ud20 VL130mHC11µFRL10kΩXFG1R21ΩD1Q1I Lu o+-(a)BOOST测试电路(b)输出波形图6.2 BOOST升压电路(multisim)调试电路，输出电压会随着函数信号发生器占空比的改变而改变。
占空比越大，输出电压越高，反之较小，但是输出电压高于输入电压。
接下来我们来分析下BOOST电路的工作原理【项目任务】构建BOOST升压电路，输入15V，输出50V。
【预习练习】1. 在光伏控制电路中，BOOST电路是用来提升直流电压。
2. BOOST升压电路中，输出电压、占空比及输出电压之间关系为：1doUUD=-。
【信息单】一、直流斩波电路的基本原理基本的直流变换电路原理如图6.3所示，T 为全控型开关管，R 为纯电阻性负载。
当开关T 在时间T on 开通时，电流流经负载电阻R ，R 两端就有电压；开关T 在时间T off 关断时，R 中电流为零，电压也就变为零。
直流变换电路的负载电压波形如图6.3(b)。
+-T onT offT sTu oTR(a) 直流斩波原理图 (b)输出波形图6.3直流斩波原理示意图定义上述电路中脉冲的占空比：on ons on offT T D T T T ==+ (5-1)其中T s 为为开关管T 的工作周期，T on 为开关管T 的导通时间。
太阳能草坪灯硬件电路设计(课程设计)
太阳能草坪灯硬件电路设计（光伏发电技术课程设计）目录第1章绪论 (3)1.1 能源和环境 (3)1.2 国内外发展动态 (3)1.3光伏发电优缺点 (4)第2章太阳能光伏电池和铅酸蓄电池的特性及原理 (7)2.1 太阳能电池的结构及工作原理 (7)2.2 太阳能电池的分类 (8)2.2.1 单晶硅太阳能电池 (8)2.2.2 多晶硅太阳能电池 (8)2.2.3 非晶硅薄膜太阳能电池 (8)2.2.4 太阳能电池的发展种类 (8)2.3 太阳能电池的电气特性和最大功率点跟踪原理 (9)2.3.1 太阳能电池的电气特性 (9)2.3.2 太阳能电池的最大功率点跟踪原理 (10)2.4 铅酸蓄电池的特性及原理 (11)2.5 铅酸蓄电池充放电电气特征 (11)2.6 影响铅酸蓄电池工作的因素及发展方向 (12)2.6.1 结构因素对铅酸蓄电池容量的影响 (12)2.6.2 内在因素对铅酸蓄电池性能的影响 (12)2.6.3 外界因素对铅酸蓄电池性能的影响 (13)2.6.4 铅酸蓄电池研究发展方向 (14)2.7 蓄电池剩余容量（SOC）控制的原理 (15)2.7.1 蓄电池剩余容量(SOC)的数学模型 (15)第3章灯种类介绍 (16)3.1按发光管发光颜色分类 (16)3.2按发光管出光面特征分类 (16)3.3按发光二极管的结构分类 (16)3.4按发光强度和工作电流分类 (16)第4章系统单元电路的设计 (17)4.1 照明负载 (17)4.2 充放电控制原理 (18)第五章软件系统设计 (19)第1章绪论1.1 能源和环境进入21世纪的人类面临的三大主要问题是能源、环境和经济。
能源和经济问题日益成为制约社会经济发展的瓶颈，人类当前所使用的矿物能源日趋耗尽，环境污染日益严重，在严峻的能源替代形势和人类生态环境逐渐恶化的双重压力下，开发新能源成为世界各国关注的焦点。
开发可再生而且不污染环境的清洁能源的任务已经迫在眉睫。
太阳能草坪灯组件设计与应用
太阳能草坪灯组件设计与应用
一、任务
某光伏企业承接了一批太阳能草坪灯定单，原理图如图1-1-5所示。
请为该产品设计光伏组件容量，并按照相应的企业生产标准完成该产品的组装与调试。
图1-1-5 太阳能草坪灯电路图
二、工作要求
1.光伏组件设计
（1）已知光伏组件峰值功率电压为3.4V，峰值功率电流为60mA，请计算串联的光伏电池数及每片光伏电池的面积；
（2）用AUTOCAD画出电池片组串的电气连接图，光伏组件外形图与电池片排布图。
2. 太阳能草坪灯电路安装
（1）进行系统的安装接线
装接前先要检查器件的好坏，核对元件数量和规格，如在调试中发现元器件损坏，则按损坏器件扣分。
根据提供的印制电路板安装电路，安装工艺符合相关行业标准。
不损坏电器元件，安装前应对元器件检查。
（2）进行系统的通电调试
装配完成后，通电测试，接入太阳能电池，并打开模拟光源让太阳能电池为镍氢电池充电一段时间后，检测LED是否亮灯，并利用提供的仪表测试本电路。
三、实施条件
1．场地、设施设备及软件环境条件
设施设备及软件要求
2．考点提供的工具清单
3．考点提供的材料清单
四、考核时量:120分钟
五、评价标准（应包含技能与素养要求，其中素养要求分值原则上不超过20%）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、教案头
本次课标题：太阳能升压草坪灯电路制作
授课班级光伏上课时间4课时上课地点理工南211
教学目标能力（技能）目标知识目标
能分析超级电容器特性；
能计算超级电容器容量；
能在光伏发电系统应用超级电容器；
单体电池的串联特性；
单体电池的并联特性；
单体电池串并联输出特性；
能力训练任务及案例【案例引导】
测试电路如下图6.13示，当LED1点亮时，测量LED1两端的电压。
并用示波器测量A、B、C、D四点的波形图。
L1
100µH
Q6
R6
1kΩ
Q2
C3
300pF
LED1
D2
VCC
1.5V
R1
2kΩ
C1
10µF
A
B
C
D
A点波形图
B点波形图
C点波形图
D点波形图
图6.13 太阳能升压草坪灯电路(multisim)
调试电路，发现提供1.5V的电源电压，可以驱动3V LED工作。
【项目任务】
制作太阳能草坪灯升压电路，电源电压1.5V，负载LED电压3V。
【预习练习】
1. 升压草坪灯电路中作为光感器件可以用光敏电阻或太阳能电池。
2. 太阳能草坪灯电路升压原理是BOOST电路。
【信息单】
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源为草坪灯供电。
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能存储在蓄电池中。
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，周而复始、循环工作。
太阳能草坪灯主要由太阳能电池组件、自
动控制电路、超高亮LED 灯(光源)、免维护可充电蓄电池及灯具外壳等构成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。
6.4.1以光敏电阻为光感器件的升压电路
一、电路结构
图6.14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D 1为蓄电池DC 充电。
光敏电阻R 2也呈现低电阻值，使BG 2基极为低电平而截止。
D1
BG2
R31.2kΩ
R5100kΩ
L1100µH
C1
1µF
BG4
R6100kΩ
R72.2kΩ
C320µF
R11
500kΩ
Key=A 50 %R427kΩ
BG3
C2300pF
BG1
LED1
D2
R127kΩ
V22.4 V
太阳能电池
蓄电池
光敏电阻
图6.14 太阳能草坪灯电路1（multisim ）
2.电路工作原理
当晚上无光时，太阳能电池停止为蓄电池充电，D 1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，BG 2导通，BG 1基极为低电平也导通，由BG 3、BG 4、C 2、R 5、L 等组成的直流升压电路得电工作，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BG 1导通时电源通过L 、R 5、BG 2向C 2充电，由于C 2两端电压不能突变，使BG 3基极为高电平，BG 3不导通，随着C 2的充电其压降越来越高，BG 3基极电位越来越低，当低至BG 3导通电压时BG 3导通，BG 4随继导通，C 2通过BG 4放电，放电完毕BG 3、BG 4再次截止，电源再次向C 2充电，如此周而复始，电路形成振荡。
在振荡过程中，BG 4导通时电源经L 到地，电流经L 储能。
当BG4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R 4和BG 2构成过放保护，当电池电压低至2V 时，由于R 4的分压使BG 2不能导通，电路停止工作，蓄电池得到保护。
6.4.2以太阳能电池为光敏器件的升压电路
1.电路结构
图6.15是一款目前运用的较多的草坪灯控制电路，BG 3、BG 4,L 、C1和R 5组成互补
振荡升压电路，其工作原理与图2电路基本相同，只是电路供电和存储采用了1.2V的蓄电池。
BG1、BG2组成光控制开关电路，当太阳能电池上的电压低于0.9V时，BG1截止，BG2导通，BG3、BG4等构成的升压电路工作，LED发光。
当天亮时，太日能电池电压高于0.9V，BG1导通，BG2截止，BG3同时截止，电路停止振荡，LED不发光。
调整R2的阻值，可调整开关灯的起控点。
1.2 V D1
BG2
R4L1
BG4
C3
BG3
C1
LED1
R3
R7
BG1
R2
R1
图6.15 太阳能草坪灯电路2（multisim）
2.电路工作原理
当蓄电池电压降到0.7V～0.8V时，该电路将停止震荡。
有些设计者认为这是这款电路的优点，就是蓄电池电压降到0.7V草坪灯还能工作。
而对于1.2V的蓄电池来说，似乎已经有点过放电了，长期过放电必将影响蓄电池的使用寿命。
因此有些厂家在图4电路的基础上，做了一点改进，如图5所示。
即在BG3的发射极与电源正之间串入了一个二极管D2，由于D2的接入，使BG3进入放大区的电压叠加了0.2V左右，使得整个电路在蓄电池电压降到0.9-1.0V时停止工作。
通过改进的电路蓄电池的使用寿命可以延长一倍左右。
3.ANA6601F太阳能草坪灯电路
图6.13为一款由太阳能草坪灯专用集成电路（ANA6601F）以及外围元件构成的控制电路。
其内包含有充电电路、驱动电路、光敏控制电路和脉宽调制电路等。
该电路具有转换效率高(80～85％)；工作电压范围宽(0．9～1.4V)；输出电流在5～40mA可调等优点。
并具有良好的蓄电池过放电保护功能和低环境亮度开启功能。
各引脚功能为：1、2、3为蓄电池过放电保护控制端；4为电源地；5为启动端；6为电源正；7为脉宽调节端；8为输出端。
图6.16太阳能草坪灯电路3
【训练与提高】
参考电路图 6.14所示，选择适当的电路参数，制作一个蓄电池为 2.4V，驱动负载3.6VLED工作的太阳能升压电路。
【课后思考题】
1. 对照图6.14的太阳能草坪灯电路，分析电路的结构，并与BOOST基本电路进行对比，两电路有何区别。
参考资料廖东进.光伏发电系统集成与设计.北京.化学工业出版社.2013
王长贵.太阳能光伏发电使用技术.北京.化学工业出版社.2010
李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与维护.北京.人民邮电出版社.2010 二、教学设计
步骤教学内容教学方法教学手段学生活动时间分配
告知（教学内容、目的）电池方阵的排
序
简述、设问多媒体、课件问题回答8分钟
引入如何进行电池
方阵串并联，
考虑因素是什
么？其他应用（设
问）
多媒体、课件明确任
务，回答
问题
12分钟
子项目1 超级电容容量
计算
行动导向卡纸法、操作小组讨论
回答
40分钟
小组练习与总结超级电容容量
计算的方法和
步骤
教师讲述与学
生总结相结合
多媒体课件、提问10
子项目2 超级电容电路
案例实施行动导向卡纸法小组讨论
回答
20
小组练习与总结
电路测试与调试 教师讲述与学生总结相结合 卡纸法、多媒体课件
讨论 60
归纳总结 超级电容的应用与光伏系统 教师讲述与学生总结相结合 多媒体 课件 对提交答案点评
15分钟 作业 课外时间
后记
【预习练习】
1. Buck 电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值U o 总是小于输入电压U d 。
2. Buck 降压电路的输出电压、输入电压、占空比关系为：d DU U 0。
【课后思考题】 1. 简述Buck 降压电路的工作原理。
2. 简述Buck 中如何消除输出纹波电压。