-
吉林工程技术师范学院毕业论文
摘
要
随着可持续发展的不断深入，
人们在积极开发各类可再生新能源的同
时也在倡导节能减排的绿色环保技术。
太阳能作为一种清洁的优
秀的可再
生能源，
已成为最有价值的新能源。
< br>而在照明领域，
寿命长、
节能、
安全、
绿色环保、
色彩丰富、
微型化的
LED
固态照明也已被公认为一种节能环保
的重要途径。
本文研究的路灯同时整合了这两者的优势，
利
用清洁能源以
及高效率的
LED
实现绿
色照明。
太阳能
LED
路灯是一种结合太阳能光伏发电技术与
LED
技术的
新型路
灯。
系统通过蓄电池将太阳电池组件产生的电能储存起来
供负载在夜晚照
明使用。
基于单片机控制的太阳能路灯具有很多
优点：安全可靠，维护方
便；不需要常规能源，不污染环境；安装方便，自动控制。从而
不仅节约
了电能，而且避免了由于四季昼夜长短不一，需要调整电路系统的麻烦，
使路灯更为人性化。
关键词：
光伏发电，蓄电池，发光二极管
I
摘
要
ABSTRACT
With the deepening
of the sustainable development, people are
active in the development of all kinds
of renewable energy, while
also
advocating
green
environmental
technology
of
energy
saving
and
reducing
emission.
Solar
energy
as
a
kind
of
clean
excellent
renewable
energy
has
become
the
most
valuable
new
energy.
While
in
the
lighting
area,
long
life,
energy
saving,
safety,
green
environmental protection, rich colors,
miniaturization of light
emitting diode
(LED) solid-state lighting has been considered as
one
of
the
important
ways
of
saving
energy
and
environmental
protection.
The
street
lamp
in
this
paper
simultaneously
integrates
both the advantages; utilize clean
energy and high efficient LED
to
realize green lighting.
Solar LED lamp
is one new type of street lamp by uniting solar
photo-
voltaic
(PV)
power
generation
technology
and
LED
technology.
The
system
stores
electrical
energy
via
battery,
generated
by
components of solar cells, to supply
night illumination of street
lamps.
Solar
street
lamps
based
on
MCU
control
have
many
advantages:
safety,
reliability,
easy
to
maintain;
energy
saving,
without
pollution to
environment; easy installation, automatic control.
Consequently, not only save electrical
energy but also avoid the
troubles
to
need
adjusting
the
circuit
system
due
to
the
different
day-and-night
’
s
lengths in the four seasons, to make the street
lamp more user-friendly.
Key Words:
PV,
Battery, LED
II
目录
目
录
第一章
绪论
..............................................
1
1.1
概述
.............................................
1
1.2
太阳能路灯的优势
.................................
2
1.3
太阳能路灯的应用现状
.............................
3
1.4
本论文研究的主要内容
.............................
5
第二章
系统方案论证及选择
................................
6
2.1
方案比较与论证
...................................
6
2.1.1
太阳能电池板的选择
.........................
6
2.1.2
蓄电池的选择
...............................
6
2.1.3
照明灯具的选择
.............................
8
2.1.4
控制器芯片的选择
...........................
9
2.2
方案的配置与计算
................................
11
2.2.1
路灯设计所需的数据
........................
11
2.2.3
路灯设计参数的确定
........................
12
第三章
系统设计的理论分析
...............................
14
3.1
系统基本介绍
....................................
14
3.2
太阳能路灯系统设计总体分析
......................
15
3.3
太阳能光伏发电的理论
............................
15
3.4
控制器设计的理论基础
............................
17
3.5
蓄电池的充放电原理
..............................
18
3.6
蓄电池充电技术研究
..............................
20
3.6.1
恒流充电
..................................
20
3.6.2
恒压充电
..................................
21
I
目录
3.6.3
恒压限流充电
..............................
22
3.6.4
两阶段、三阶段充电
........................
22
3.6.5
快速充电
..................................
23
3.6.6
智能充电
..................................
25
3.7
LED
的发光及驱动原理
.............................
26
3.7.1
发光原理
..................................
26
3.7.2
驱动原理
..................................
28
第四章
系统的硬件设计
...................................
30
4.1
系统电路框图
....................................
30
4.2
硬件设计的原理流程图
............................
31
4.3
电源电路设计
....................................
32
4.4
LED
指示电路
.....................................
32
4.5
光控电路
........................................
33
4.6
LED
驱动电路设计
.................................
34
4.7
涓流充电电路
....................................
36
4.8
过充、过放控制电路
..............................
36
4.9
单片机外围电路设计
..............................
38
4.9.1
复位模块电路设计
..........................
38
4.9.2
晶振电路
..................................
38
4.9.3
按键开关电路
..............................
39
4.9.4
显示模块电路设计
..........................
39
第五章
系统的软件设计
...................................
41
5.1
系统软件框图
....................................
41
5.2
计时程序设计
....................................
42
5.3
中断程序设计
....................................
44
II
目录
第六章
系统调试
.........................................
45
6.1
软件调试
.........................................
45
6.2
硬件及总体电路调试
...............................
45
6.3
系统改进方案
.....................................
46
第七章
总结与展望
.......................................
47
附录
1
..................................................
48
附录
2
..................................................
49
参考文献
.................................................
I
致
谢
..........................
..........................
I
III
吉林工程技术师范学院毕业论文
前
言
城市照明是一门科学、一种文化、一项艺术。城市照明体现了一个城
市的形象，反映了一个城市的科学管理，是一项社会系统工程。太阳能
LED
灯具以其优越的节能效果、人文的光源照明控制，倍受客户青睐，其
性价比
与工频交流电灯具基本持平，
且具有不破坏环境、
不消耗不可再
生
能源的特点，
易于客户接受，
所以只
要光源充足的地方就有太阳能
LED
灯
具开发应用的市场。
太阳能
LED<
/p>
照明是未来照明的方向，其最大的特点：环保、节能、发
光效率高
，因此使它将会逐步取代传统光源。更值得一提的是，
LED
发
光
效率是以每十年提高十倍的速度来提高，成本也将逐年下降。
1.
系统技术指标：
(1)
太阳能板：
18V
，<
/p>
110Wp
(2)
输出电压：
12V
(3)
输出电流：恒流
(4)
灯具：
6
支
1W
大功率白光
LED
(5)
控制器：光控，时控，防止蓄电池过度充放电
(6)
阴雨天连续工作时间：
7
天
2.
系统用途：
(1)
安装在公园、小区等小路两旁当路灯使用。
(2)
安装在交通路段、
港口等作为指示灯，
保证交通航海的安全有序。
(3)<
/p>
安装在繁华闹区或旅游景区作为装饰照明，营造气氛。
(4)
应用于果园，种植园，草坪等场所，既可以照明又可以杀虫。
I
吉林工程技术师范学院毕业论文
第一章
绪论
1.1
概述
跨入
21
世纪后，
人类面临着实现经
济和能源可持续发展的重大挑战，
如何能在能源有限和环境保护的双重制约下发展经济已
成为全球的热点
问题。而能源问题更为突出，
不仅表现在常规能
源的匮乏，更严重的是化
石能源的开发利用更加剧了环境的恶化。
主要表现为以下几个方面：
(1
)
能源短缺。常规能源的有限性和分布不均匀，造成了世界上大部
分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需求。从长远来看，全球已
探明石油储量
只能用到
2020
年，
天然气也只能延
续到
2040
年左右，
即使
储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。
因此，
人类迟早要面临化石燃
料枯竭的危机局面。
< br>(2)
环境污染。燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害
物质排入天空，
使大气环境遭到严重污染，
直接影
响居民的身体健康和生
活质量，甚至在局部地区形成酸雨，严重污染水土资源。
(3)
温室效应。化石能源的利用不仅造成环
境污染，同时会排放大量
的温室气体，产生温室效应，引起全球气候变化。
太阳能作为可再生能源，
很早就被人们开发和利用
了。
随着科学和技
术的迅速发展，
世界
能源危机的日益严重，
利用常规能源已不能适应世界
经济快速增
长的需要，
开发和利用新能源，
尤其是太阳能越来越引起各国<
/p>
政府的重视。同时，以煤、石油等作为燃料油面临严重的环境污染，再者
< br>人民生活水平的提高对能源的需求量越来越大，
这就迫使政府和社会在大
力发展常规能源的同时必须加大对新能源的开发和利用。
为贯彻落实科学
1
第一章
绪论
发展观，把节约资源作为基本国
策，发展循环经济，保护生态环境，加快
建设资源节约型、环境友好型社会，促进经济与
人口、资源、环境相互协
调发展的要求。因而，可再生、无污染的太阳能利用在世界各国
崛起，世
界光伏产业迅猛发展。
根据可持续发展战略和环境保护
的需求，
在可以预
计的将来，光伏发电必将部分取代常规能源。
目前太阳能企业面临新机遇，
由于光
伏发电技术的逐渐成熟，
成本不
断下降，
太阳能的利用无处不在。
各种各样的利用太阳能开发的太阳能电
子产品发展非常迅速。
1.2
太阳能路灯的优势
太阳能路灯以太阳
光为能源，
不需要铺设复杂的管线，
安全节能无污
染。
基于单片机的太阳能控制系统很好的把太阳能光伏发电技术与单片机
智能控制技术结合了起来。而且具有电路结构简单、工作稳定可靠、实用
性强等优点。
综上，太阳能路灯较传统路灯的优势有如下几点：
1.
节能环保：
据统计，
所有路灯改为太阳能路灯可以节省一个三峡水
电站的发电量。不仅如此，
太阳能是一种清洁的可再生能源，它不仅节约
了电能，
而且减少了二氧化碳的排放量。
有关数据表明太阳能路灯每年可
以减少
7740
万吨二氧化碳就相当于节省了
< br>310
亿美元的二氧化碳减量成
本！
2.
可靠耐用：
太阳能路灯在恶
劣的环境和气候条件下，
光伏发电系统
很少发生故障；目前绝大
多数太阳能电池组件的生产技术都足以保证
10
年以上性能不下
降，太阳能电池组件可以发电
25
年或更长的时间。
3.
成本低廉：
就产
品本身价格和首次投入费用而言，
太阳能路灯比普
通路灯造价要
高。若按使用寿命
15
年把运行费用和路灯维护费用考虑进
2
吉林工程技术师范学院毕业论文
去的话，
太阳能路灯在寿命周期内所发生的总费用要比普通路灯的总
费用
要低。且规模越大，普通路灯安装的相关费用越高，如把电力增容费用、
架设电力变压器、光源的功率因数补偿耗能、电力电缆、远距离线路功率
损
耗及路灯开启控制系统和管理人员工资等相关费用考虑进去的话实际
费用要远大于预计费
用。
4.
安全稳定：
运行维护费用低，
普通路灯明显高于太阳能路灯，而且
会随着使用时间的增长而越来越高（电费、人工等）
。
太阳能
路灯免维护，
绝对安全，不会发生触电事故且可通过改变控制方式来增强其稳定性。
5.
自主供电：离网运行的太阳能路灯具
有供电的自主性、灵活性。
但是太阳能
LED
路灯的优势远远不只这些。
一般认为，
节能灯可节能
4/5
是伟大的创举，但
LED
比节能灯还节能
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<
/p>
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
具有发光效率高，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。
太阳能与
LED
相结合的技术运用在路灯领域完全符合“绿色，节能，<
/p>
低成本”
的现代化设计理念。
而且针对现
阶段太阳能
LED
路灯研究遭遇技
术“
瓶颈”而处于“花香”却难“满园绽放”的尴尬境地的情况，这个课
题具有很大的研究价
值，
而从上面一系列的分析中也不难看出这个课题本
身所具有的
潜在价值更是无法估量的。
1.3
太阳能路灯的应用现状
在国家可持续
发展战略的推动下，
太阳能产业从无到有、
从小到大发
3
第一章
绪论
展起来。
国内各大研究单位都对太阳能路灯作了详尽的研究，
特别是近几
年来，在“产业上规模、技术上水平、产品上档次和市场上规范”的产业
发展思路引导
下，
太阳能产业得到了快速发展，
如太阳能热水器、
太阳能
光伏电池技术日趋成熟，产品质量不断提高。
近年来，随着我国城市建设规模的不断扩大和建设水平的不断提高，
我国城市的路灯总数以每年约
20%
的平均速度递增，
全国数千万盏路灯的
节电问题已引起政府部门的关注。
在能源日
趋紧张、
电力供应持续紧张的
今天，低效、高耗的传统城市照明
已成为节能降耗的重要领域。为此，建
设部和发改委明确提出城市道路照明要向“高效、
节能、环保、健康”的
“绿色照明”方向发展。
随着太阳能发电
技术的不断发展，太阳能路灯以
环保、节能等优势成为城市道路照明行业的新宠，市场潜
力巨大。
我国太
阳能路灯首先在沿海发达地区使用，上海市于<
/p>
2005
年在崇明岛建成风光
互补道路照
明工程。在我国西部，
非主干道太阳能路灯、太阳能庭院灯渐
成
规模，太阳能资源相对丰富的青海省自
2006
年以来已在西宁
等地安装
太阳能路灯超过
200
套；<
/p>
在北京奥运会主要场馆及其相关场所，
太阳能路
< br>灯得到普遍应用。
欧洲各国都在开辟通向持久能源的通
道，
影响他们决策的主要因素是
环境保护、
创造就业机会和能源供应的安全可靠，
可再生能源技术在这些
方面有着较大优势。它对环境的影响最小、
可替代部分常规能源、增加能
源供应的安全性和可靠性。
它要求较大的设备投资、
创造了更多的就业机
会、有助于经济增长。
< br>在欧洲大部分地区，
环保的思路推动着替代能源技术的开发，
太阳能
被公认为是一种极好的替代能源。它的利用有助于降低
CO
2
的排放，因而
达到保护环境，
很多国家，如丹麦、芬兰、德国和瑞士，都认为气候变暖
是推动太阳能研究开发、
发展和销售活动的主要因素。
尽管受到常规能源
4
吉林工程技术师范学院毕业论文
的低价影响，在欧洲很多国家中，太阳能路灯市场仍然持续增长。
1.4
本论文研究的主要内容
1.
分析太阳能光伏发电技术和
LED
技术
2.
根据太
阳能电池板输出特性和蓄电池的特性，
设计蓄电池的充放电
控制
方法。
4.
根据
LED
驱动原理设计
LED
驱动电
路
3.
设计电源控制电路。
5.
根据系统方案设计控制器外围电路。
6.
编写单片机执行程序。
7.
调试、实验硬件电路，保证可以实现既定功能。
5
第二章
系统方案论证及选择
第二章
系统方案论证及选择
2.1
方案比较与论证
2.1.1
太阳能电池板的选择
太阳能电池板是
太阳能路灯中的核心部分，
也是太阳能路灯中价值最
高的部分。
其作用是将太阳的辐射能转换为电能，
或送至蓄电池中存储起<
/p>
来。
在众多太阳光电池中比较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池
、
多晶
硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种。
(1)
单晶硅太阳能电池性能参数比较稳定，适合
在阴雨天比较多、阳
光相对不是很充足的南方地区使用；
(2)
多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶硅低，适合
在
太阳光充足、日照好的东西部地区使用；
< br>(3)
非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低，适合在室外阳光
不足的地区使用。
太阳能电池的工作电压约为蓄
电池电压的
1.5
倍，
才能保证给蓄电
池
正常充电。
如
6V
< br>蓄电池充电需要用
8~9V
太阳能电池，
给
12V
蓄电池充电
需要用<
/p>
15~18V
太阳能电池。
2.1.2
蓄电池的选择
由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，
所以一般需要配置蓄
电池系统才能工作。一般有铅酸蓄电池、
Ni-Cd
蓄电池、
Ni-H
蓄电池。
铅酸蓄电池有多种充电形式，主要为：恒流充电、恒压充电和
3
阶段
最优形式充电。一般来讲，这种蓄电池充电时，应外接直流
电源（充电极
或整流器）
，使正、负极板在放电后生成的物质恢
复成原来的活性物质，
6
吉林工程技术师范学院毕业论文
并把
外界的电能转变为化学能储存起来。其过充电时间与充电速率有关，
实际工作中可以根据
电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度。
镍镉（
Ni-Cd
）蓄电池的正极为氧
化镍，其负极为海绵状金属镉，电
解液多为氢氧化钾，
氢氧化钠
碱性水溶液。
小型密封镍镉电池的结构紧凑，
坚固，耐冲击，震
动，成品电池自放电小，在使用上适合大电流放电，使
用温度范围广，零下
40
度到零上
60
度。
镍氢（
Ni-H
）蓄电池镍氢电池的设计源于镍镉电池，
但在改善镍镉电
池的记
忆效应上，有极大的发展。
其主要的改变，在于以储氢合金取代负
极原来使用的镉，
因此镍氢电池可以说是材料革新的典型代表。
镍氢电池
所造成的污染，会比含有镉的镍镉电池小很多。
<
/p>
蓄电池是太阳能灯具的核心部件，
它储存、并释放电能，
功能等同于
电能仓库。
蓄电池容量的选择一般遵
循以下原则：
首先在能满足夜晚照明
的前提下，
把白天太阳能电池组件吸收的能量尽量存储下来，
同时还要能
< br>够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。
蓄电池容量过小不能够满足
夜晚照明的需要，容量过大，
一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电
池寿命，同时造成浪费。蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹
配。
可用一种简单方法确定它们之间的关系。
太阳能电
池功率必须比负载
功率高出
4
倍以上，
系统才能正常工作。
太阳能电池的电压要超过蓄电池
的工作电压
20~30%
，才能保证给蓄电池正常
供电。蓄电池容量必须比负
载日耗量高
6
倍以上为宜。
蓄电池结构分为：板栅（正极板栅、负极板栅
）、隔板、电解质及其
它部件（外壳、电气盖等）。目前市场上蓄电池因酸液不同分为铅
酸蓄电
池和胶体蓄电池（固体蓄电池）。
铅酸蓄电池因其维护复杂（酸液因为析氢的损耗，需要补充酸液），
使用寿命短（<
/p>
3
年左右），自恢复能力差等因素，正逐渐被胶体蓄电池所
7
第二章
系统方案论证及选择
替代。
胶体蓄电池的特点：
1.
深度放电后回充电性能强，
甚至在放电后未及时补充电的情况下容
量也能
100
％得到回充；
2.
循环使用寿命长达
8
～
10
年，适合每天使用；
< br>
3.
适合用于较长时间的放电使用；
4.
工作环境温度更高；
5.
优越的耐低温性能；
6.
适合在电力干线不稳定的环境下使用；
7.
无流动的胶体电解液使电解液在电池内部不产生分层现象；
8.
自放电小，很小均衡充电；
9.
内阻低，充电接受能力强；
10.
与普通铅酸蓄电池相比较，电池内部水分损耗小。
综上对比，
以及客观条件的要求可得，
太阳能灯具优先采用胶体蓄电
池。
2.1.3
照明灯具的选择
太阳能路灯采用何种光源，
是判断太阳能灯具能否正常使用的重要指<
/p>
标，一般太阳能灯具采用低压节能灯、低压钠灯、无极灯、
LED
光源。
1.
低压节能灯：功率小，光效较高，但使用寿命在
2000
小时左
右，
电压低，灯管发黑，一般适合太阳能草坪灯、庭院灯。
<
/p>
2.
低压钠灯：低压钠灯光效高（可达
2
00Lm/w
）
，但需逆变器，低压
钠
灯价格贵，整个系统造价高，采用较少。
3.
无极灯：功率小，光效较高。该灯在
220V
（纯正弦
波，频率
50
赫
兹）普通市电条件下使
用，
寿命可以达到
5
万小时，但在太阳
能灯具上使
8
吉林工程技术师范学院毕业论文
用寿
命大大减少，
与普通节能灯差不多
（因为太阳能灯具都是方波逆
变器，
太阳能电源
220V
输出频率、
相位、电压都是不能和普通市电相比的）
。
< br>
：
LED
灯光源，寿命长，可达
100000
小时，工作电压低，不需
要逆变器，光效较高，国产
50Lm/w
，进口
80Lm/w
。随着技术进步，
LED
的性能将进一步提高。笔者认为
LED
作为太阳能路灯
的光源将是一种趋
势。
因此，为达到
最佳性能要求，选择
LED
灯具作为光源。
2.1.4
控制器芯片的选择
智能化控制芯片中，单片机凭其体积小、封装形式简单、易于焊接、
功能齐全、
功耗较小等优点不失为最佳选择。
利用单片机完
全可以实现路
灯亮度的自动调节并能达到节省能源的目的，
并且
一旦开机就可以智能地
持续工作，减少了工作人员的维护量。
在光伏发电系统中，
充电器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充
电电
流和电压，能快速、平稳高效的为蓄电池充电，同时保护蓄电池，避免过
充现象的发生，并在充电过程中减少损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命。
选
择控制器的关键取决于芯片的不同和电路的不同，
以下从三个方面进行
< br>对比论证。
首先是简易并联调节的控制器，
其近似可以看作是恒流源对蓄电池充
电。因此，当在蓄电池达到浮充电压点
时，蓄电池并没有充满，切断电源
后，蓄电池电压会有很大的降落。
如果将浮充电电压点值设定得太高，欲
使蓄电池尽量充满，
这样又会导致蓄电池的过早损坏。
其充放电曲线不是
很好，
因此只适用于小功率的用户和要求不高的场合，
特别适用于
12V
和
24V
输入的
220W
以下的用户系统。
其次是
PIC1F6716
，众所周知的
PIC
系列单片机具有的特点有，哈佛
9
第二章
系统方案论证及选择
总线结构，精简
指令集技术，寻址方式简单、寻址空间独立，代码压缩率
高、程序保密性强，功耗低，驱
动力强，拥有两种串行总线端口，外接电
路简洁，开发方便，运用
C
语言编程，程序存储器版本齐全等。具有性能
完善，功能强
大，学习容易，开发应用方便等优点。
最后，对于芯片
AT89C51
的单片机。
AT89C51<
/p>
单片机是美国
ATMEL
公
司生产的低电压，高性能
CMOS
8
位单片机，片内含
4K
bytes
的可反复擦
写的
Flash
只读程序存储器和
128bytes
的随机数据存储器（
RAM
）
，器件
采用
ATMEL
公司的高密度
，非易失性存储技术生产，兼容标准
MCS-51
指
令系统。
功能强大的
AT89C51
单片机可为用户提供许多高性价比的应用场
合，可灵活应用于各种控制领域。
AT89C51
的芯片管脚图如图
2-
1.
其主要特性为：
·与
MCS-51
兼容
·
4K
字节可编程闪烁存储器
·寿命：
1000
写
/
擦循环
·数据保留时间：
10
年
·全静态工作：
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·
128
×
8
位内部
RAM
·
32
可编程
I/O
线
·两个
16
位定时器
/
计数器
·
5
个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
鉴于对
AT89C51
比较熟悉，
而且对于应用大
型功率无人看守的光伏发
10
吉林工程技术师范学院毕业论文
电系
统，
直接关系到运行、
维修的成本及系统的可靠性因此选择此款
芯片。
图
2-1
AT89C51
芯片管脚
2.2
方案的配置与计算
在众多太阳能路灯
实际应用中，
很多地方的太阳能路灯不能满足正常
照明需要，<
/p>
尤其在阴雨天的情况下更为突出，
除使用了质量较差的相关组
件外，另一个主要的原因就是一味的降低组件成本，不按需求设计配置，
减小电池板和蓄电池的使用标准，所以导致在阴雨天路灯无法提供照明。
2.2.1
路灯设计所需的数据
<
/p>
1.
太阳能路灯使用地的经度与纬度。
通
过地理位置可以了解并掌握设
备使用地的气象资源，比如月（年）的平均太阳能辐照情况
、平均气温、
11
第二章
系统方案论证及选择
大气质量等，根
据这些条件可以确定当地的太阳能标准峰值时数
(h)
和太
阳能电池组件的倾斜脚与方位角。
2.<
/p>
路灯所选用光源的功率。光源功率大小直接影响整个系统的参数。
3.
太阳能路灯每天晚上工作时间
(H
)
。这是决定系统组件大小的核心
参数，
通过确定工作时间，
可以初步计算负载每天的功耗和与之对应的太
阳能电池组件的充电电流。
4.
太阳能路灯需要保持的连续阴雨天数
(d)
。此参数决定了蓄电
池容
量大小及阴雨天过后恢复电池容量所需要的太阳能电池组件功率。
< br>
5.
确定两个连续阴雨天之间的间隔天数
(D)
。这是决定系统在一个连
续阴雨天过后充满蓄
电池所需要的电池组件功率。
2.2.3
路灯设计参数的确定
以某市为例，安
装一批太阳能路灯，光源功率
8W
，要求路灯每天工
作
11
小时，保证连续
7
个阴雨天能正常工作。当地东经
114
度，北纬
23
度，年平均日太阳辐射为
3.82KW.h/m
2
，
年平均月气
温为
20.5
度，两个连
续的阴雨天间
隔时长
25
天。
根据以上资料，
计算出光伏组件倾斜角
26
度，
标准峰值时数约
4
小时。
(1)
负载日耗电量：
Q
?
W
?
< br>H
/
U
?
8
?
11
?
12
?
7.3
Ah
(2-1)
式中
U
为系统蓄电池标称电压
(2)
< br>满足负载日用电的光伏组件的充电电流：
I
1
?
Q
*1.05/
h
/
0.85/
0
.9
?
2.5
A
(2-2)
式中系数分别为太阳能充电综合损失
系数，
蓄电池充电效率和控制器效率
(3)
蓄电池容量：
12
吉林工程技术师范学院毕业论文
C<
/p>
?
Q
*(
d
?
1)
/
0.75
?
1.1
?
7
.3
?
8
?
0
.75
?
1.2
?
93
Ah
取
9
0
Ah
(2-3)
式中
0.75
为蓄电池放电深度，
1
.2
为蓄电池安全系数
(4)
连续阴雨天过后需要恢复蓄电池容量的太阳能电池组件充电电
流：
I
2
?
C
*0.75/
h
/
D
?
90
?
0.75
?
4
?
25
?
0.675
A
(2-4)
式中
0.75
为蓄电池放电深度
(5)
太阳能电池组件的功率为：
<
/p>
P
?
(
I
1
?
I
2
)
?
18
?
(2.5
?
0.675)
?
18
?
57
W
p
(2-5)
式中
18
为太阳能电池工作电压
13
第三章
系统设计的理论分析
第三章
系统设计的理论分析
3.1
系统基本介绍
系统由太阳能电池组件
部分
(
包括支架
)
、
LED
光源、控制箱
(
内有控
制器
)
等几部分
构成
,
太阳能电池板的设计对系统的抗风设计非常有利。
蓄
电池采用地埋式，蓄电池箱采用防腐材料加工而成，可有防盗、防水
、易
于维修等作用。如图
3-1
所示。
?
太阳能电池：吸收太阳能，将光能
转换成直流电能。
?
控制器：控制蓄
电池的充放电的深度，延长蓄电池寿命，控制负载
运行时间及状态。
?
蓄电池：储存太阳能电池板产生的电能，在夜晚为负载
提供电力。
图
3-1
系统组成
14
吉林工程技术师范学院毕业论文
3.2
太阳能路灯系统设计总体分析
太阳能路灯以控制、工作方式的不同，可分为两种系统：
1
、光控开－光控关
原理：
白天，
太阳光照射到太阳电池组件表面时，
光伏效应产生电能，
并通过控制器对蓄电池进行充电；
随着光线逐渐减弱，
太阳电池组件产生
的电压不断下
降，
当电压值低于控制器设置的启动电压值时，
控制器启动
负载工作。
光线逐渐增强，
电池组件产生的
电压增大并达到控制器设定关
断电压值时，控制器切断负载。
2
、光控开－时控关
原理：
白天，
太阳光照射到太阳电池组件表面时，
光伏效应产生电能，
并通过控制器对蓄电池进行充电；
随着光线逐渐减弱，
太阳电池组件产生
的电压不断下
降，
当电压值低于控制器设置的启动电压值时，
控制器启动
负载工作。
当负载工作时间达到控制器预先设定时间时，
控制器切断负载，
负载停止工作。
由于单片机程序设计十分灵活，
所以可由软件设计选择控制方式。
本
系统的程序采用第二种方案。
3.3
太阳能光伏发电的理论
为什么半导体
PN
结经由太阳光一照就有电
呢
?
科学家们将这种光照生电的现象叫做“光生伏打效应”，
简称“光伏
效应”。光伏效应的核心原理就是
< br>PN
结的“空穴导电”。空穴代表着正
电荷，正电荷的移
动就形成了电流，
这个电流就叫“光生电流”，它与光
电池板的
面积、光照度、光电池板表面温度等因素有关。
实验证明，<
/p>
光生电流的大小，
受光电池板安装角度偏差的影响也是非
15
第三章
系统设计的理论分析
常大的而且变
化迅速，
在相同实验条件下，
光伏电压对安装角度的偏差变
化则反应迟钝，
受其影响很小。
电池的驱动
能力的大小也即电动势的大小
与电流是直接相关的，虽然电动势是以“伏特”为单位来表
示的，但其
“实力”是由内部电流的强弱决定的，实践中我们经常能遇到这样的情
况，
一节
（块）
电池
的电压还很高，
但是电流特别小，
电压再高也是虚的。
那什么是电流呢？电流就是电子的定向移动。
回路中电流的方向永远与电
子流动的方向相反。
对太阳能电池来说，
光生电流的方向就是“空穴”移
动的方向，也就是电子流的反方向。
< br>
光生电流决定了太阳能电池的发电效率，
因此光电产品
和光伏发电工
程特别要注意光电池组件板的安装角度。
角度偏差
一点，
光生电流都会下
降很多。
光生电流的产生，
表面上看是“空穴导电”形成的，
但实质上还是电
子的“定向填充空穴”形成的。
那么“
空穴移动”和电子“填充空穴”又
是怎么回事呢？先看看太阳能电池的制作材料单晶硅的
内部结构。
单晶硅内部的分子结构是四价电子结晶形态。
硅原子靠这四价电子相
互间形成强劲有力的离子键从而即相互吸引、
又相互排斥，
所有的硅原子
都形成有规
则的排列，竖看成列，纵看成行，美丽而神奇。原子间的空格
也叫晶格，是自由电子活动
的空间。
P
型半导体就是在美丽的四
价单晶硅中掺杂了三价的硼原子，结果，
某一个硼原子取代了硅原子，
< br>混在晶格中，
但因为硼原子周围只有三个电
子，必定有一
对离子键因失配而呈现“空缺”（缺少单价电子相配），这
就存在了一种不稳定或者说不
平衡的趋势，
“空穴”的形象化比喻由此而
来，
“空穴”时时表现出使晶格趋于稳定的态势。
这就是
P
型半导体的特
性。再说
N
型半导体。与
P
型半导体相类似，单晶硅在高温高压
下形成结
晶态之前，在纯硅当中掺杂了五价的磷原子，结晶形成后，某一个磷原子
16
吉林工程技术师范学院毕业论文
占据了硅原子的位置混在晶格中，
结果必定有一价电子找不到配对、
无家
可归因而成为不安定因素。
N
型半导体就形成了。
< br>现在要做一件好事，就是把
P
型半导体与
N
型半导体贴合在一起。
结果在接触面上就形成了很薄
的半导体膜层，这个膜层被科学家称为
PN
结，
PN
结是一个内建电场，具有单向导电性，即加上正向电场就导通，
加上反向电场就截止。
PN
结是半导体器件技术和
电子科学发展的关键基
础。目前实验室内的
PN
结可以细微到纳米级。这意味着超大规模集成电
路的开发应用会来一次历史性的
飞跃，带给我们的好处是最高档的
PC
机
可以制作得很轻、很薄、很小巧。
太阳能电池的外表面——
向阳的一面是富空穴的
P
型半导体，
紧
贴下
面的就是富电子的
N
型半导体。在
太阳光子的激发下，
N
区的自由电子异
常活跃，终于冲破
PN
结的阻挡，逐次开始填充
P
区中的空穴。有意思的
是，
这些空穴由下向上依次被电子填充，
就好像空穴由上而下在悄悄移动。
< br>这就是“空穴的移动”，
这个移动是虚拟移动，
晶格中的
每个原子都在各
自的位置上纹丝不动，
动的只是与正电荷相配对
的电子而已。
太阳能电池
的电动势由此而生。
< br>但是，
空穴的虚拟移动和电子的实际定向移动还都只
是带
有电荷的载流子向电池上下两面的聚集，
只能形成电动势，
还不
能形
成电流。
要形成电流还得怎么样？还要在电池的两端加上导
线使其构成回
路才行。
3.4
控制器设计的理论基础
太阳能路灯控
制器是太阳能路灯系统中最为重要的部件，
也是各种路
灯系统最
大的区别所在。可以说，光伏路灯系统的不同，
其实质就是控制
器的不同。
其设计的好坏，
决定了一个太阳能光伏发电系统运行
情况的优
劣。所以设计功能完备，结构简单的智能光伏路灯控制器是非常重要的。
17
第三章
系统设计的理论分析
太阳能灯具中
,
一个性能良好的充电放电控制器是必不可少的。为了
延长蓄电池的使用寿命
,
必须对它的充电放电条
件加以限制
,
防止蓄电池
过充电及深度
充电。在温差较大的地方
,
合格的控制器还应具备温度补偿
功能。同时太阳能控制器应兼有路灯控制功能
,
具有光控、时控的功能
,
并应具备夜间自动切断负载功能<
/p>
,
便于阴雨天延长路灯工作时间。
控制模块的基本思想是检测太阳能电池板电压，
若白天到，
封锁控制
电路，
LED
灯关闭；夜晚，太阳能电池板电压较低，开启控制电路，
LED
灯点亮。
同时检测蓄电池端电压，
判断其充电方式、以及对负载
LED
的供
电方式。
< br>控制器结构电路主要由充电电路、
放电电路、单片机外围电路和
< br>LED
驱动电路等几部分组成。
太阳能控制器功能：
1.
电池组件防反充保护；
2.
蓄电池过充保护；
3.
蓄电池的过放保护。
4.
电池组件、蓄电池的反接保护；
5.
负载过压保护；
6.
智能充电：增加浮充功能，即恒压控制。
3.5
蓄电池的充放电原理
以铅酸电池为例。
所谓蓄电池即是贮存化学能量，
于必要时放出电能
的一种电气化学设备。
铅酸蓄电池充电后，正极板二氧化铅（
PbO
2
）
，在硫酸溶液中水分子
的作用下，少量二
氧化铅与水生成可离解的不稳定物质—氢氧化铅
（
Pb
?
OH
?
4
）
，氢氧根离子在溶液中，铅离子（
Pb
4
?
）留在正极板上，故
正极板上缺少电子。铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（
Pb
）
，与电解液中
的硫酸（
H
2
SO
4
）发生反应，变成
铅离子（
Pb
2
?
）
，铅离子转移到电解液
18
吉林工程技术师范学院毕业论文
中，
负极板上留下多余的两个电子（
2e
）
。可见，在未接通外电路时（电
池开路）
，由于化学作用，正极
板上缺少电子，负极板上多余电子，如图
3-2
所示，两极板间
就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。
PbO
2
Pb
?
2
H
?
2
OH
?
?
SO
4
2
?
Pb
4
?
2
OH
?
< br>Pb
2
?
Pb
< br>2
?
SO
4
2
?
?
?
2
H
?
H
2<
/p>
SO
4
图
3-2
铅酸蓄电池电动势产生原理
其原理可通过下面的反应方程式来表示：
负极：
Pb
?
H
2
SO
4
?
PbSO
4
?
2
H
?
?
2
e
(3-1)
?
正极：
PbO
2
?
H
2
SO
4
?
2
H
?
2
< br>e
?
PbSO
4
?
2
H
2
O
(3-2)
总反应：
PbO
2
+2
H
2
SO
4
+
Pb
?
PbSO
4
+2
< br>H
2
O
+
PbSO
4
(3-3)
1.
放电中的化学变化
蓄电池连接外部
电路放电时，
稀硫酸即会与阴、
阳极板上的活性物质
产生反应
,
生成新化合物“硫酸铅”。经由放电，
硫酸成分从电解液中释
出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，
只要测
得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。
2.
充电中的化学变化
由于放电时在阳
极板，
阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还
19
阳极
电解液
阴极
阳
极
电解液
阴极
第三章
< br>
系统设计的理论分析
原成
硫酸
,
铅及过氧化铅
,
因此电池内电解液的浓度逐渐增加
,
亦即电解
液之比重上升，
并逐渐回复到放电前的浓度，
这种变化显示出蓄电池中的
活性物质已还原到可以再度供电的状态，
当两极的硫酸铅被还原成原来的
活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，
阳极板则产生氧，充
电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此
时应
以纯水补充。
太阳能综合供电系
统中的蓄电池主要以浮充方式运行。
一般来说，
当
有日照时，
蓄电池与光伏阵列发电装置并联运行，
此
时蓄电池自放电或瞬
间放电所损失的容量由浮充电流补足；
在无
日照时，
则由蓄电池单独向负
载供电。
当蓄电池组电量未饱和时，
系统通过输入变换单元对蓄电池组进
行补充充电。随着充电过程的进行，
蓄电池组端电压将逐渐上升，控制单
元适时检测蓄电池组的荷电状态，当蓄电池组端电压达到充电保护电压
时，
充电过程终止。
在浮充方式运行下的蓄电池，
其充放电循环次数较少，
自放电和瞬间放电后的电量能够很快恢复，
< br>因此蓄电池的使用寿命可以得
到延长。
3.6
蓄电池充电技术研究
蓄电池的充电方法有很多种，
如恒流充电、
恒
压充电、
恒压限流充电、
两阶段充电、三阶段充电、快速充电、
智能充电、均衡充电等方法
3.6.1
恒流充电
恒流充电就是以一定的电流
进行充电，
在充电过程中随着蓄电池电压
的变化要进行电流调整
使之恒定不变。
这种方法特别适合于有多个蓄电池
串联的蓄电池
组进行充电，
能使落后的蓄电池的容量易于得到恢复，
最好
用于小电流长时间的充电模式。
20
吉林工程技术师范学院毕业论文
这种
充电方式的不足之处是，
蓄电池开始充电电流偏小，
在充电后期
充电电流又偏大，
充电电压偏高，
整个
充电过程时间长，
特别在充电后期，
析出气体多，对极板冲击大
，能耗高，其充电效率不足
65%
。为避免充电
后期电流过大的缺点，
一种改进型的恒流方法得到应用，
它就是分段恒流
充电，这种方法在充电后期把电流减小。
具体
充电电流的大小、充电时间
以及何时转换为小电流，必须参照蓄电池维护使用说明书中的
有关规定，
否则容易损坏蓄电池。充电过程中电压、电流变化关系如图
< br>3-3
所示。
U
,
I
U
U
< br>,
I
U
I
I
t
图
3-3
恒流充电曲线
图
3-4
恒压充电曲线
3.6.2
恒压充电
t
恒压充电就是指以一恒定电压对蓄电池进行充电。
因此在充电初期由
于蓄电池电压较低，充电电流很大，
但随着蓄电池电压的渐渐升高，电流
逐渐减小。
在充电末期只有很小的电流通过，
这样
在充电过程中就不必调
整电流。
相对
恒流充电来说，
此法的充电电流自动减小，
所以充电过程中析气
量小，充电时间短，能耗低，充电效率可达
80%
，如充电电压选择适当，
可在
8
小时内完成充电。
此法的充电特性曲线如图
3-4
所示，
此法也有其
不足之处：
< br>21
第三章
系统设计的理论分析
①
在充电初期，如果蓄电池放电深度
过深，充电电流会很大，不仅
危及充电控制器的安全，而且蓄电池可能因过流而受到损伤
。
②
如果
蓄电池电压过低，后期充电电流又过小，充电时间过长，不
适合串联数量多的电池组充电
。
③
蓄电
池端电压的变化很难补偿，充电过程中对落后电池的完全充
电也很难完成。
这种充电方式，
在光伏小系统中常采用，
由于其充电电源来自太阳能
阵列，
其功率不足以
使蓄电池产生很大的电流，
所以在这样的系统中蓄电
池组串联不
多。
3.6.3
恒压限流充电
恒压限流充电方式是为
克服恒压充电时初始电流过大而进行改进的
一种方式。它是在充电电源与蓄电池之间串联
一限流电阻，当电流大时，
其上的电压降就大，从而减小了充电电压；
< br>当电流小时，限流电阻上的电
压降也小，
从而加到蓄电池
上的电压也增大，
这样就自动调整了充电电流，
使之在某个限定
范围内，
这样在充电初期的电流就得到限制，
虽然充电控
制器输出是恒压，
但加在蓄电池上的电压不为恒压，
< br>因此也称这种方式为
准恒压方式。
这种采用串电阻限流的方式对于光伏系统来说，
肯定是不实用的，
< br>因
为串联电阻将消耗掉有限的电能。
但如果采用其它非能
耗限流方式，
还是
有其优越性。
3.6.4
两阶段、三阶段充电
<
/p>
这种方式是以克服恒流与恒压充电的缺点而结合的一种充电策略。
它
要求首先对蓄电池采用恒流充电方式充电，蓄电池充电到达一定容量后，
22
吉林工程技术师范学院毕业论文
然后采用恒压方式进行充电。这样蓄电池在初期充电不会出现很大的电
流，
在后期也不会出现高电压，使蓄电池产生析气。其充电特性如图
3-5
< br>所示。
在两阶段充电完毕，
即
蓄电池容量到达其额定容量
(
当时环境条件下
< br>)
时，
许多充电控制器允许对蓄电池继续以小电流进行充
电，
以弥补蓄电池
的自放电，
这种以小
电流充电的方式也称为浮充。
这就是在两阶段基础上
的第三阶段
，
但在这一阶段的充电电压要比恒压阶段的要低。
如图
3-5
的
虚线段
U
f
。
U
,
I
I
U
U
f
t
图
< br>3-5
两阶段、三阶段充电曲线
3.6.5
快速充电
正常充电方式蓄电池从
0%
到
100%
容
量比，
一般需要
8-20
小时，
充电
时间长。
在某些场合需要缩短充电时间，
但采用电流过大时蓄电池的温度
会升高过快，对蓄电池有损害，
且电流利用率也下降。快速充电就是采用
大电流和高电压对蓄电池充电，
在
1-2
小时内把蓄电池充好，
而且在这个
过程中不会使蓄电池产生大量析气和使蓄电池电解液温度过高
(
一般在
45
℃以下
)
。这种方式解决不产生大量析气和不使温度升高过大的方法是
23
吉林工程技术师范学院毕业论文
采
24
第三章
系统设计的理论分析
用不断地脉冲
充电和反向电流短时间放电相结合方法。
短时反向放电的目
的是
消除蓄电池大电流充电过程中产生的极化。
这样就可以大大地提高充
电速度，
缩短充电时间。
当然脉冲充电电流、持续时间和放
电电流以及持
续时间必须根据蓄电池的要求进行。
3.6.6
智能充电
智能充电是以美国人
（马斯）研究提出的蓄电池快速
充电的
一些基本规律为基础。
它是以最低析气率为前提，
找出蓄电池能够接受的
最大充电电流和可以接受的充电电流曲线。
1967
年美国学者麦斯
(J. A.
Mas)
经过大量试验提出了电池充电可接受电流定律，如式<
/p>
3-4
所示
?
at
i
?
I
e
(3-4)
0
上式中：
i
——电池可接受的充电电流；
I
0
——开始充电
(
t
=0)
时电池可接受的最大充电电
流；
a
——充电可接受电流衰减常数
(
接收率
)
，
与电池的结构和状态有关，
a=I
/C
，其中
I
为任意充电状态下蓄电池可接受的充电电流，
C
表示蓄电
池的容量。由此可见，
a <
/p>
的数值越大则表示蓄电池的充电接受能力越强，
其充电时间也就越
短。
电池在充电过程中其充电可接受电流按图
3-6
所示，具有指数规律下
降的可接受电流特性。<
/p>
当充电电流大于充电可接受电流时，
即处在
1
区域
时则会导致部分电流消耗于电离电解液中的水，
使电池电解液产生析气反
应；
当充电电流在
可接受电流曲线以下时，
即处在
2
区
域时，
不产生析气，
此时充入的电量几乎都转变为电池的化学能
量。
在
1
区域时，
< br>充电电流越
大，电解水反应就越剧烈，并使电池内部的压力增大、温升加速，使得
电
池的充电效率下降，且很容易损害电池影响电池的使用寿命。
25
吉林工程技术师范学院毕业论文
图
3-6
充
电可接受电流曲线图
虽说按照图
3-
6
所示的特性曲线进行充电，
可以使蓄电池的充电电流
始终保持在可接受电流的附近，
从而使蓄电池能得到快速充电，
且对蓄电
池影响较小。但是在光伏系统中因为充电电源本身并不是真正意
义上的
“无限电源”
，而是来自太阳能光伏阵列这个
“有限电源”
，
对蓄电池充电
的同时还必须考虑电源电流的“来源”是否足够。
3.7
LED
的发光及驱动原理
3.7.1
发光原理
发光二极体是一种将电流顺
向通到半导体
P-N
结处而发光的器件，
通
常采用双异质结和量子阱结构。
LED
发光的原理如下：
1.P-N
结电子注入发光
如图
3-7
所示。
P-
N
结结电压构成一定的势垒；当加正向偏置时势垒
下降，
p
区和
n
区的多数载
流子向对方扩散。由于电子迁移率
μ
比空穴
迁移率大得多，
出现大量电子向
P
区扩散，
构成对
P
区少数载流子的注入
。
这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放。
26
第三章
系统设计的理论分析
图
3-7
P-N
结发光的原理图
2.
异质结注入发光白光
为了提高载流子注入效率，
可以采用异质结
（两种
不同材料的半导体
相接触所形成的界面区域）
。
图
3-8
左图表示未加偏置时的异质结能级图，
对电子和空穴具有不同高度的势垒。
右图表示加正向偏置后，
这两个势垒
均减小。
但空穴的势垒小得多，而且
空穴不断从
P
区向
n
< br>区扩散，得到较
高的注入效率，
N
区的电子注入
P
区的速率却较小。这样
n
区的电子就越
迁到价带与注入的空穴复合，而发射出由
n
型半导体能隙所决定的辐射。
由于
p
取得的能隙大，
光辐射无法把点自己发到导
带，
因此不发生光的吸
收，从而可直接透射处发光二极管外，<
/p>
减少了光能的损失。发光二极管与
半导体二极管同样加正向电压，
但效果不同。
发光二极管把注入的载流子
转变成光子，辐射出光。一般半导体二极管注入的载流子构成正向电流。
应严格加以区
别。
图
3-8
异质结发光原理图
27
吉林工程技术师范学院毕业论文
LED
有三种激励方式：
(1)
用蓝色
LED
激励
发黄光的荧光体。这种白光构就是将蓝光
LED
与
YAG
荧光物质放在一起，用蓝光激发荧光物质，这样它发出的光谱就是白<
/p>
光。在这方面日亚化学公司拥有世界性的专利。
(2)
用紫外
LED
激励
RGB
荧光体。激励荧光体的白色
LED<
/p>
照明光源因
荧光体组拿来不同可发射白光以外的各种顏色的光，<
/p>
因而可广泛应用于照
明。用
R.G.B<
/p>
三基色
LED
开发了白色
LED
，现实验室水准的发光效率已超
过
50
lm/W
，近几年内可望超过
100
lm/W
，而红光部份最佳的发光效率已
超过
100 lm/W
。
(3)
利用红、绿、蓝
3
种发光二极体调整其个别亮度来达到白光，一
般来说，红、绿、蓝的亮度比应为
3
：
6
：
1
，或
者只用红、绿或蓝、
黄两颗
LED
调整
其个别亮度来发出白光，
这样的白光结构最大的缺点就是
造价较
高，不利于商品化发展。
3.7.2
驱动原理
LED
是一种半导体产品，需用低压直流来驱动。驱动一般采用两种方
式：
恒压驱动方式或恒流驱动方式。
LED
的电压和电流近
似成指数关系
,LED
的电流和它的相对光通量近似成正比关系
,LED
的电压和它的相对光通量
也近
似成指数关系。
驱动
LED
的最佳方法是使其工作在恒流模式下。
对
LED
驱动器的主要
要求有：
（
1
）为满足蓄电池组电压供电，驱动器应有升压功
能，以满足
6V
、
12V
、
24V
蓄电池组供电的要求，并要求能工作到电池
终止放电电压为止。
（
2
）驱动器应有高的功率转换效率，以提高电池的使用寿命或两次
充电之间的
时间间隔。
28
吉林工程技术师范学院毕业论文
（<
/p>
3
）在多只白光
LED
< br>并联使用时，要求各白光
LED
的电流相匹配，
使亮度均匀。
（
4<
/p>
）低功耗，静态电流小，并且有关闭控制功能，在关闭状态时一
般
耗电应小于
1mA
。
（
5
）白光
LED
的最大电流应可设定，使用过程中可调节白光
LED
亮
度。
（
6
）有完善的保护电路，如低压锁存、过压保护、过热保护、输出
开路或短路保护。
（
7
）小尺寸封装，并要求外围组件少而小，以使占
PCB
面积小。
（
8
< br>）对其他电路干扰影响小。
（
9
）使用方便，价位低。
29