太陽能路燈系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)小的獨(dú)立光伏系統(tǒng),，主要由太陽能電池、蓄電池,、控制電路,、照明電路四部分組成。
    目前,，太陽能路燈控制器還處于研究和開發(fā)階段,，市售的控制器多采用單片機(jī)控制方式，有電路復(fù)雜,、成本較高,、維修困難等缺點(diǎn)[1-3]。針對這些不足,，本文設(shè)計(jì)了一種新型的太陽能LED照明控制電路,，利用TL431的可控開關(guān)特性實(shí)現(xiàn)了太陽能路燈系統(tǒng)路燈的開關(guān)控制、蓄電池過充電,、過放電保護(hù)等功能,。該控制器高效、節(jié)能,、靈敏,，能夠滿足太陽能路燈在實(shí)際應(yīng)用中的要求。
1 控制器主要功能
    (1)蓄電池過充電保護(hù)功能：白天,，光伏板在控制器的控制下向蓄電池充電,，當(dāng)蓄電池端電壓升高到14.4 V時(shí)，控制器自動(dòng)切斷充電回路,，防止過充電,，保護(hù)蓄電池，延長其壽命,。
    (2)蓄電池過放電保護(hù)功能：夜晚,，蓄電池在控制器的控制下向LED路燈供電，當(dāng)蓄電池端電壓降低到10.6 V時(shí),，控制器自動(dòng)切斷LED路燈,，避免蓄電池過放電。
    (3)LED路燈自動(dòng)通斷功能與恒流控制功能：夜幕降臨時(shí),，自然光照亮度低于室外照明亮度要求,，控制器自動(dòng)打開太陽能路燈開關(guān)，蓄電池向路燈供電,。當(dāng)白天自然光充足時(shí),，控制器控制太陽能路燈自動(dòng)熄滅,。蓄電池電壓通常被控制在10.6 V~14.4 V之間。為保持LED路燈的光照度基本一致并提高蓄電池供電時(shí)間,，通過LED路燈恒流控制電路控制LED路燈電流基本保持恒流,。
2 控制器硬件設(shè)計(jì)
    本文設(shè)計(jì)的太陽能路燈控制器電路如圖1所示。

2.1 TL431芯片簡介
    TL431是德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的一個(gè)有良好熱穩(wěn)定性能的精密三端并聯(lián)穩(wěn)壓二極管并聯(lián)穩(wěn)壓器,。如圖2所示,，TL431由一個(gè)2.5 V的精密基準(zhǔn)電壓源、一個(gè)電壓比較器和一個(gè)輸出開關(guān)管等組成,。參考端R的輸出電壓與2.5 V的精密基準(zhǔn)電壓源比較,，當(dāng)R端電壓VR達(dá)到或超過2.5 V時(shí)，TL431陰極向陽極方向立即導(dǎo)通[4],。精確控制R極信號電壓,，就可以精確控制其陰極向陽極方向的開關(guān)狀態(tài)。

    本太陽能路燈控制器就是基于TL431的這個(gè)功能對控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的,。
2.2 蓄電池過充電保護(hù)控制電路設(shè)計(jì)
    蓄電池是太陽能路燈系統(tǒng)的重要部件,，必須設(shè)計(jì)保護(hù)電路以避免電池過壓或欠壓，從而延長電池壽命,。設(shè)計(jì)中選擇的型號為12 V 7.2 AH的蓄電池,，要求電壓保持在10.6 V~14.4 V。
    圖1中虛線框Part1部分為蓄電池過充電保護(hù)控制電路原理圖,。通過合理選擇R8和R9的阻值,，使得當(dāng)蓄電池兩端電壓達(dá)到14.4 V時(shí)，T2參考極電壓恰好達(dá)到2.5 V,，T1參考極和陽極之間的電壓小于2.5 V,。因此，T1被關(guān)斷,，從而P溝道場效應(yīng)管Q1工作在截止區(qū),，將充電回路切斷[5-6]，從而避免電池過充電,。
    電路中利用T2控制T1的參考極電壓,，使得T1的參考電壓只出現(xiàn)在遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)小于2.5 V的區(qū)間，從而避免了來自太陽能電池側(cè)電路的干擾,，這樣可使電池電壓剛到達(dá)14.4 V時(shí),，電路能夠徹底切斷，增加了保護(hù)電路的穩(wěn)定性和可靠性,。
2.3 蓄電池過放電保護(hù)控制電路設(shè)計(jì)
    圖1中虛線框Part2部分給出了蓄電池過放電保護(hù)控制電路原理圖,。過放電保護(hù)控制電路與過充電保護(hù)控制電路有一定的相似性，通過合理選擇R12和R13的阻值可以控制T3的開通與關(guān)斷，從而達(dá)到防止電池過放電以致電壓低于10.6 V的目的,，在此不予贅述,。
2.4 LED路燈控制電路設(shè)計(jì)
    如圖1中虛線框Part3部分給出了LED路燈控制電路原理圖，其實(shí)現(xiàn)的功能是白天關(guān)燈,、晚上開燈和 LED準(zhǔn)恒流控制功能,。
    具體開關(guān)動(dòng)作主要由T4(TL431)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)VR≥2.5 V時(shí),，T4陰極向陽極導(dǎo)通,，從而控制光耦開關(guān)U1導(dǎo)通，NPN型三極管Q3進(jìn)入截止區(qū),，從而將LED負(fù)載從主電路中切除出去，路燈滅,；反之,，當(dāng)VR＜2.5 V時(shí)，三極管工作在飽和區(qū),，LED負(fù)載通過Q3接入主回路,，路燈亮。利用太陽能電池板在不同光照強(qiáng)度下（白天和黑夜）開路電壓不同的特點(diǎn),，選擇合適阻值的R2和R3,，使得在路燈需要開或關(guān)時(shí)刻的光照強(qiáng)度下，R3兩端電壓(即T4的參考極電壓)恰好為2.5 V,，即可實(shí)現(xiàn)路燈的智能開關(guān)控制,。
    電池向LED負(fù)載供電過程中，由于二極管D3,、D4的鉗位作用,，Q3的b極電壓基本保持不變，其e極電壓亦維持在較穩(wěn)定狀態(tài),，R16中的電流基本恒定,，從而實(shí)現(xiàn)LED準(zhǔn)恒流控制功能。
    另外,，在實(shí)際應(yīng)用中,，控制器電路中的Q2和Q3可以用一個(gè)AP4511GM芯片代替，既可以簡化電路,，又可以降低成本,。
3 控制器性能測試
    為了對控制器進(jìn)行測試，選取了18 V 20 W太陽能電池板和12 V 7.2 AH蓄電池,、230 mA LED燈對控制器進(jìn)行了實(shí)際測試,。
3.1 充電性能測試
    太陽能電池板的開路電壓隨光照強(qiáng)度變化而變化，所以蓄電池充電曲線還受天氣、時(shí)間等因素的影響,。在實(shí)驗(yàn)中選取了3個(gè)晴天,，從上午10：00開始進(jìn)行充電測試，得出蓄電池在理想狀態(tài)下利用控制器進(jìn)行充電的曲線如圖3所示,。在一天中光照條件較好的10：00到15：00的5個(gè)小時(shí)內(nèi),，蓄電池電壓從10.8 V升到14.4 V，實(shí)際上此時(shí)控制器已關(guān)斷充電回路,。從充電曲線可以看出,，控制器滿足充電控制的設(shè)計(jì)要求。

3.2 放電性能測試
    為了得到完整的放電曲線,，將太陽能板用黑布覆蓋或切斷充電回路進(jìn)行連續(xù)放電,，蓄電池放電曲線如圖4所示，其中放電電流基本保持在230 mA左右,?？梢钥闯觯铍姵乜梢员３致窡艄ぷ?6個(gè)小時(shí),，并在10.6 V左右自動(dòng)關(guān)斷,，其放電性能滿足太陽能路燈設(shè)計(jì)要求。

    在實(shí)際應(yīng)用中,，太陽能LED白光燈越來越多地用于草坪燈,、庭院燈、廣告箱等場合,。本文設(shè)計(jì)了一種簡單實(shí)用的太陽能路燈控制器,，實(shí)驗(yàn)表明，該控制器性能優(yōu)良,、運(yùn)行可靠,、成本低廉、維修方便,，具有極高的推廣價(jià)值,。
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