3.3 太陽能草坪燈充放電控制器的設計

　　充電控制器作為光伏電池和鉛酸蓄電池的接口電路，一般都希望讓其工作在最大功率點，實現更高的效率，但是在實現最大功率點跟蹤（MPPT）的同時，還需要考慮進行蓄電池充電控制。目前常用的主電路拓撲主要有降壓型電路（Buck）變換器、升壓型電路（Boost）變換器、丘克電路（Cuk）變換器等。一般光伏電池輸出電壓波動較大，而Buck變換器或Boost變換器只能進行降壓或升壓變換，受此影響，光伏電池不能在大范圍內完全工作于最大功率點，從而造成系統效率下降。同時，Buck變換器輸入電流紋波較大，如果輸入端不加一個儲能電容就會使系統工作在斷續狀態下，從而導致光伏電池輸出電流時斷時續，不能處于最佳工作狀態；而Boost變換器輸出電流紋波較大，用此電流對蓄電池進行充電，不利于蓄電池的使用壽命；Cuk變換器同時具有升壓和降壓功能，將Cuk變換器應用于光伏系統充電控制器中，可以在較大范圍內實現最大功率點跟蹤，有利于系統效率的提高。因此，常選用Cuk變換器作為充電控制器的主電路，其系統拓撲如圖3-2所示。

　　Cuk變換器在負載電流連續的情況下，其電路的穩態過程有：

　　1、開關管Vr導通期間

　　此期間開關管Vr導通，電容C2上的電壓使二極管D2反偏而截止，這時輸入電流iL2使Ll儲能；C2的放電電流iL2使L2儲能，并供電給負載，如圖3-3（a）所示。

　　2、開關管Vr截止期間此期間開關管Vr截止，二極管D2正偏而導通，電源和Ll的釋能電流iLl向C2充電，同時L2的釋能電流iL2以維持負載，如圖3.3（b）所示。因此，Vr截止期間C2充電，Vr導通期間C2向負載放電，C2起能量傳遞的作用。

　　3.4 太陽能草坪燈的電路原理

　　太陽能草坪燈的電路原理比較簡單。下面我們具體介紹一種簡單的太陽能草坪燈的電路原理。它的控制器就是采用升壓電路來實現的。

　　元器件選擇：BT1選用3.8V/80mA太陽能電池板，單晶硅為好，多晶硅次之；BT2選用兩節1.2V/600mA Ni-Cd電池，如需要增大發光度或延長時間，可相應提高太陽能板及電池功率。VQ2、VQ3、VQ5的β在200左右，VQ4需β值大的晶體管。VD1盡量選管壓低的，如鍺管或肖特基二極管。LED可選用白、藍、綠色超高亮度散光或聚光。當選用紅黃橙等低壓降LED時，電路需重新設定。R3、R5建議選用1%精度電阻；R4用亮阻10kΩ～20kΩ，暗阻1MΩ以上的光敏電阻。其他電阻可選用普通碳膜（1/4）W、（1/8）W電阻。L1用（1/4）W色電感，直流阻抗要小。

　　該電路的工作原理：白天有太陽光時，由BT1把光能轉換為電能，由VD1對BT2充電，由于有光照，光敏電阻呈低阻，VQ4 b極為低電平而截止。當晚上無光照時光敏電阻呈高阻，VQ4導通，VQ2 b極為低電平也導通，由VQ3、VQ5、C2、R6、L1組成的DC升壓電路工作，LED得電發光。

　　DC升壓電路其核心就是一個互補管振蕩電路，其工作過程為：VQ2導通時電源通過L1、R6、VQ4向C2充電，由于C2兩端電壓不能突變，VQ3 b極為高電平，VQ3不導通，隨著C2的充電其壓降越來越高，VQ3 b極電位越來越低，當低至VQ3導通電壓時VQ3導通，VQ5相繼導通，C2通過VQ5 ce結、電源、VQ3 eb結（由于VQ2導通，我們假設其ec結短路，VQ3 e極直接電源正極）放電。

　　當放完電后VQ3截止，VQ5截止，電源再次向C2充電，之后VQ3導通，VQ5導通，C2放電，如此反復，電路形成振蕩，在振蕩過程中，VQ5導通時電源經L1和VQ5 ce結到地，電流經L1儲能，VQ5截止時L1產生感應電動勢，和電源疊加后驅動LED，LED發光。本可以提高電池電壓直接驅動LED，以提高效率，但電池電壓提高，相應的太陽能電池價格也大幅提高，只要電路元件設置合適，其效率還是可以接受的。當白天充電不夠時（如遇上陰雨天等），BT2可能發生過放電，這樣會損壞電池，為此特加R5構成過放保護：當電池電壓降至2V時，由于R5的分壓使VQ4基極電位不足以使VQ4導通，從而保護電池。增加R5會影響VQ4的導通深度。