在世界能源短缺、環境污染日益嚴重的今天，如何有效地利用清潔的太陽能正在成為各國可持續發展的能源戰略。目前，大部分照明設備仍以傳統能源來照明，所以充分利用太陽能作為照明設備的能源供給，在節約能源、保護環境等方面具有重要意義。

為此，設計了具有太陽能供電功能的金鹵燈控制器。該控制器既具有金鹵燈電子鎮流器功能，又具有太陽能充電器功能。該控制器作為電子鎮流器，與傳統鎮流器相比，具有功率因素高，運行穩定，體積小等優點。作為具有太陽能供電功能的控制器，根據設定，控制器白天控制太陽能充電系統對12 V／100 Ah蓄電池充電，晚上使金鹵燈工作。由于太陽能光伏板在自然環境下容易受到雷擊損壞，所以該控制器在設計時還兼顧了防雷擊的保護功能。

1 控制器整體結構

該控制器采用微型封裝的C8051F920單片IC作為CPU，C8051F920作為一款高集成度（SoC），高速度（100 MIPS）的IC，其具有如下特點：

（1）高性能集成模擬外設。數據采集時一般可以免去外部模擬部件和系統校準、多通道高速采樣，有利于節電設計。同時也可以省去外部時鐘器件。模擬信號布線已在片內完成，所以可簡化PCB設計，改善系統的噪音性能。具有10位分辨率ADC，以及高精度的內部振蕩器（1．5％）。

（2）外部通信接口。可通過軟件選擇UART，SM-Bus／12c，SPI之一作為串行通信接口，具有特殊串行接口USB 2．0，CAN 2．OB，16位和8位的復用和非復用并行數據總線。

（3）高性能數字I／O。具有計數器／定時器PCA模塊，I／O可實時動態配置。

該控制器的硬件結構框圖如圖1所示。

太陽能光伏板接入光伏信號處理電路，光伏電壓經PWM充電控制電路送到12 V蓄電池內。正常工作時，12 V蓄電池輸出電壓經高頻平面變壓器次級感應升壓、整流后到全橋電路。同時12 V輸出電壓與電壓變換電路相連接，向控制器其他電路供電。

全橋驅動電路與點火電路、金鹵燈相連。全橋驅動電路采用UBA2032芯片。當金鹵燈發生短路時，全橋驅動短路可關閉全橋。鍵盤和顯示人機接口可對點火時間、方式、充電過壓保護范圍等進行設定。升壓整流電路與開關控制電路相連，將輸入12 V升壓到60～120 V，供金鹵燈工作。

MCU監控電路與PWM充電電路、電壓變換電路、全橋驅動電路、鍵盤和顯示人機接口相連，對12 V蓄電池的充放電、點火線圈、金鹵燈的啟動和穩定運行及電路保護進行控制。點火電路對升壓后的負電壓進行整流并與點燈線圈一起形成10～20 kV的點燈電壓。信號檢測和轉換電路具有對12 V蓄電池的當前電壓、電流、蓄電池充電電流、光伏信號處理電路的電壓進行檢測的功能。

2．1 太陽能充電系統

該充電系統包括光伏信號處理電路、PWM充電控制電路。圖2為充電系統的結構示意圖。

光伏信號處理電路包括防信號反接電路、光伏電壓取樣電路和雷擊保護電路。其中，防信號反接電路可以阻止光伏信號反接輸入對控制器電路造成損壞。電壓取樣電路提供給C8051F920采樣后的光伏電壓信號。雷擊保護電路可以防止將天空中閃電、雷擊引入控制器而造成損壞。PWM充電控制電路將對蓄電池充電， MCU輸出的PWM信號用于驅動大功率MOS管，控制充電電壓的大小，以免造成對蓄電池的損壞。

2．2 電子鎮流器電路設計

升壓整流電路包括反激式升壓高頻平面變壓器和快恢復整流二極管及保護電路。高頻平面變壓器初級連接到電源的輸入端和功率MOS管，次級連接到整流二極管和保護電路。金鹵燈啟動時，次級提供400 V左右的直流電壓，該電壓經三倍壓整流電路變換為1 200 V的直流電壓。正常工作時，變壓器的次級提供60～120 V直流電壓。升壓后的電壓信號經過LM2902傳送至C8051F920，以實現電壓取樣檢測。