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近年来，基于太阳能的应用越来越多，其基于太阳能应用电路图也就层出不穷。本文将为电子发烧友网读者奉上太阳能应用电路图大餐，以飨读者。
1、太阳能电池充电控制器电路图（含原理说明）
采用专用蓄电池充电管理芯片UC3906设计太阳能充电控制器，经过实验室调试，其各项性能达到要求。控制器由切换电路、充电电路、放电电路三部分组成（见附图）。下面分别介绍其各个组成部分。
切换电路：太阳能电池接在常闭触点，继电器线圈受三极管Q2控制，当太阳能电池受光照时，Q1导通而02截止，使得继电器线圈绝大部分时间不耗电。在太阳能电池不受光照时，Q1截止而Q2导通，交流电经常开触点送出。
充电电路：由UC33906和一些附属元件共同组成了“双电平浮充充电器”。太阳电池的输入电压加入后．利用电阻R，检测出电流的大小，再利用R2、R3、R4、R5、R6检测蓄电池的工作参数，经过内部电路分忻．进而通过 Q3对输出电压、电流进行控制。Rs取值为0.025Ω，充电电流最大为10A，根据蓄电池的容量大小．可改变R，以改变充电电流。
在恒流快速充电状态下，充电器输出恒定的充电电流Imax，同时充电器监视电池两端电压，当电池电压达到转换电压V12时，电池的电量已恢复到容量的70％～90％，，充电器转入过充电状态，在此状态下，充电器输出电压升高到 V。。由于充电器输出电压恒定不变．所以充电电流连续下降．当充电电流下降到Ioct 时，电池容量已达到额定容量的100％，充电器输出电压下降到较低的浮充电压Vf蓄电池进入浮充状态。此时U C3906的⑩脚输出高电平，LM2903的①脚输出低电平，发光二极管发光，指示蓄电池已充足电。图中的电路还具有涓流充电的功能，涓流充电的电流值为 It，R2为涓流充电的限流电阻。
放电电路：用LM2903接成双迟滞电压比较器，可使电路在比较电压的临界点附近不会产生振荡。R10、RPl、RP2、LJ2B、Q4、Q5和K2组成过放电压检测比较控制电路。电位器RPl、RP2起设定过放电压的作用。可调三端稳压器LM317给LM2903提供稳定的8V工作电压。
当蓄电池端电压大于预先设定的过放电压值时，U2B的⑥脚电位高于⑤脚电位，⑦脚输出低电位使04截止，Q5导通，K2动作，其常开触点闭合，LED2发光指示负载工作正常；蓄电池对负载放电时端电压会逐渐降低，当端电压降低到小于预先设定的过放电址值时。U2B的⑥脚电位低于⑤脚电位，⑦脚输出高电位使Q4导通，Q5截止，K2释放，LED2熄灭，指示过放电。该控制器能有效地防止蓄电池过充、过放、过流，可满足了太阳能充电控制器的需要。
2、太阳能电池快速充电应用电路图
太阳能电池快速充电应用电路图
3、太阳能路灯原理图
太阳能路灯工作原理及电路图一
图 2 是用：PIC12F675单片机制作的太阳能路灯控制器电路。 PIC 12F 675 是 8 引脚单片机，具有 6个I / 0 口，自带内部 RC 振荡器 （ 振荡频率为 4MHz） 、 4 路 10 位 A /D转换器、一路比较器，该控制器性能稳定、可靠，耗电低。
1 ．工作原理
PIC 12F675控制蓄电池的过充电、过放电，开、关路灯功能，定时点亮、天黑自动点亮、延时点亮、自动跟踪点亮等功能，路灯点亮测试控制功能，LED指示功能等。
由蓄电池 BTl 、蓄电池过充电控制执行场效应管 01 、三端稳压器 U1 组成电源供电系统； Q2 、 Q4．组成放电控制；K1 手动， R_GM1 光控自动开灯系统，蓄电池分压电阻，发光指示二极管等部分组成。太阳能电池板电压由接口J3输入．经防反充二极管 D1 后分成两路，一路经 U1 LM 78L 05 稳压后，为 PIC 12F675单片机提供工作电源，另一路经 FB 保险丝给蓄电池充电。单片机上电后，首先由 Rf 、 Cf组成的硬件电路进行复位．然后由软件控制U2 ③脚 GP4 输出高电平，让 Q4 导通、 Q2 截止，控制系统停止放电，再检测 U2⑦脚 GP0 上的分压值，通过内部 A/ D 转换及软件运算间接检测、判断蓄电池是否欠压、过压．若蓄电池发生过充电，则通过软件控制U2 ②脚 GP5 输出高电平，使 Q1导通．短路太阳能电池板、停止向蓄电池充电，同时点亮“过充电”指示灯 LED2；若未发生过充电，则 U2 ②脚 GP5输出低电平，允许蓄电池充电。通过检测 U2 ⑥脚 GP1 所接的光敏电阻R_GM1上的分压值，判断是否已经“天黑，到了开路灯时间”，若到了预设的开灯点，则由软件控制 u2 ③脚 GP4 输出低电平，使 Q4截止、02 导通，点亮路灯。若不到开灯点，则程序返回，循环检测上述诸参数。
K1 是手动开灯按钮。按下 K1 ，路灯点亮。单片机通过检测光敏电阻R_GM1上的分压值，判断是否“天黑”，若是天黑．则按设计要求点亮路灯，若否，单片机进入路灯控制器“测试”功能：2分钟后路灯自动熄灭。
2 ．说明
由于单片机程序设计十分灵活，故这里用“开灯点”作为开灯标记符，这个点可以是时间。也可以是天黑的“程度”。若定义的是时间，可以让路灯从此时开始计时，点亮若干小时后熄灭；若是天黑的程度，可以让路灯到了此天黑程度后开始点亮。此后既可计时熄灭，也可判别天亮后熄灭。一切由软件设计人员抉择。
太阳能路灯工作原理及电路图二
电路原理见图所示。该电路由以U5为核心组成的蓄电池过充电控制电路、以 U 4A ～U4D为核心组成的蓄电池电压指示电路及显示电压按钮开关 KS1 电路、以 U1B 组成的蓄电池过放电控制电路、以 U1A组成的开灯检测控制电路、以 U2 组成的开灯及延时熄灯及二次开灯定时控制电路，以及以控制三极管Q2驱动继电器组成的输出控制电路等组成。现分别介绍如下。
（1） 过充电、过放电检测保护部分太阳能电池组件板或阵列由插口 CZ1 的①脚输入，加至防反充电二极管 D2 的正极．D2的负极接 12V 蓄电池的正极，即 CZ1 的③脚。控制器在初始上电时，由于 C4 的作用使 U5②脚为低电平，③脚输出高电平，Q7 导通； Q8 截止，允许太阳能电池给蓄电池充电。当蓄电池所充的电压小于 14 ． 4V 时，由R13 、 （R38 十R39） 组成的串联分压电路送至 U5 ②、⑥电压低于 2 / 3 U5 的供电电压时，即小于6V，电路维持充电状态；随着充电时间的延长，蓄电池电压逐渐升高，当 U5 ②、⑥的电压高于 2 / 3 U5 供电电压时，U5③脚输出低电平， Q7 截止、 Q8 导通，给太阳能电池板泄放电流，停止对蓄电池充电。在U5③脚输出低电平的状态下，其⑦脚导通，相当于将 1140 并入电路中。此时电路的分压比为： R38+ R39/R40/IRl3+（R38+R39）/R40 ，不难算出，当蓄电池电压低于设定值13V时．电路状态再次翻转，U5③脚输出高电平，允许蓄电池充电。
（2） 开灯检测方法与控制
太阳能电池板是一个很好的光敏元件，其输出电流、电压能随着接受光的强度和照度变化而变化，本控制器就是利用这一原理实现开、关灯控制的。太阳能电池板PVin 输入电压经 R5 、 R6 串联分压后；加至运放 U 1A ②脚，其③脚接于 R9 、R8+VR1的分压点上。在白天，太阳能电池板在阳光的照射下输出电压很高，其经 R5 、 R6 分压后使运放 U 1A②脚电压高于③脚， U 1A①脚输出低电平， Q1 截止， U2 无供电电压不工作，Q2截止，继电器不吸合，系统无输出电压，路灯不工作。随着天色渐黑，太阳能电池板输出电压降低。 UlA ②脚的电压也同步降低，当 U1A②脚电压低于③脚时，比较器翻转， U 1A ①脚输出高电平， Q1 导通，定时电路 U2 得电工作， Q2 导通、JDQ1吸合点亮路灯。图中 VR1 为路灯开灯时刻设置调节电位器，调节 VRl 可设置不同时刻点亮路灯。DW1是钳位二极管，作用是避免白天太阳能电池板接受的电压过高导致 U 1A ②脚输入电压过高而损坏。 C1 为储能电容，作用是防止 U1A②脚电压瞬时突变误点亮路灯。 R14 为反馈电阻．其作用是使 U 1A 成为一个迟滞比较器．防止和避免 U1A在开灯点附近振荡而反复开、关路灯。
（3） 路灯延时电路点亮、熄灭控制电路
延时控制电路选用 CD4541BE 可编程定时控制芯片，它功耗低、内置可编程分频器电路，最大分频级数为 65536 级。
本控制器设计定时开灯和定时关灯时间调节范围是： 2 ． 093 小时 -11 ． 93 小时．分别由 V ： R2 和VR3控制调节。
（4） 蓄电池停止放电优先控制电路
若在路灯欲点亮或已点亮时，蓄电池电压已经低于其允许终止放电值时， Q4 导通．此时无论 U 1A 输出高电平与否，均会使Q1截止，从而保护蓄电池避免过放电损坏。
（5） 电池电压指示电路
为了让现场看管、维护人员及时了解、掌握蓄电池的状态，本控制器设有 LED 电池电压指示装置，通过LLED点亮的数量指示蓄电池电压的高低。
2 ．电路调试
制作中发现。 NE555 时基电路的实际状态转换点，即 1 / 3V（ ： C 与 2 /3VCC状态的翻转跳变点并不是严格遵循理论值。通过调节电阻 R13 可实现 14 ． 4V 的过充电控制。将R13由设计的100kΩ换为 120k Ω即可达到实际要求。同理，通过调节 VR4 可校准蓄电池指示电压。
4、太阳能热水器自动上水电路
5、太阳能电池充电器电路图
6、太阳能路灯控制器电路图
太阳能路灯控制器电路图
1 ．工作原理
电路原理见图 1 所示。该电路由以 U5 为核心组成的蓄电池过充电控制电路、以 U 4A ～U4D为核心组成的蓄电池电压指示电路及显示电压按钮开关 KS1 电路、以 U1B 组成的蓄电池过放电控制电路、以 U1A组成的开灯检测控制电路、以 U2 组成的开灯及延时熄灯及二次开灯定时控制电路，以及以控制三极管Q2驱动继电器组成的输出控制电路等组成。现分别介绍如下。
（1） 过充电、过放电检测保护部分太阳能电池组件板或阵列由插口 CZ1 的①脚输入，加至防反充电二极管 D2 的正极．D2的负极接 12V 蓄电池的正极，即 CZ1 的③脚。控制器在初始上电时，由于 C4 的作用使 U5②脚为低电平，③脚输出高电平，Q7 导通； Q8 截止，允许太阳能电池给蓄电池充电。当蓄电池所充的电压小于 14 ． 4V 时，由R13 、 （R38 十R39） 组成的串联分压电路送至 U5 ②、⑥电压低于 2 ／ 3 U5 的供电电压时，即小于6V，电路维持充电状态；随着充电时间的延长，蓄电池电压逐渐升高，当 U5 ②、⑥的电压高于 2 ／ 3 U5 供电电压时，U5③脚输出低电平， Q7 截止、 Q8 导通，给太阳能电池板泄放电流，停止对蓄电池充电。在U5③脚输出低电平的状态下，其⑦脚导通，相当于将 1140 并入电路中。此时电路的分压比为： R38+ R39 ／／ R40／IRl3+（R38+R39） ／／ R40 ，不难算出，当蓄电池电压低于设定值 13V 时．电路状态再次翻转，U5③脚输出高电平，允许蓄电池充电。
（2） 开灯检测方法与控制
太阳能电池板是一个很好的光敏元件，其输出电流、电压能随着接受光的强度和照度变化而变化，本控制器就是利用这一原理实现开、关灯控制的。太阳能电池板PVin 输入电压经 R5 、 R6 串联分压后；加至运放 U 1A ②脚，其③脚接于 R9 、R8+VR1的分压点上。在白天，太阳能电池板在阳光的照射下输出电压很高，其经 R5 、 R6 分压后使运放 U 1A②脚电压高于③脚， U 1A①脚输出低电平， Q1 截止， U2 无供电电压不工作，Q2截止，继电器不吸合，系统无输出电压，路灯不工作。随着天色渐黑，太阳能电池板输出电压降低。 UlA ②脚的电压也同步降低，当 U1A②脚电压低于③脚时，比较器翻转， U 1A ①脚输出高电平， Q1 导通，定时电路 U2 得电工作， Q2 导通、JDQ1吸合点亮路灯。图中 VR1 为路灯开灯时刻设置调节电位器，调节 VRl 可设置不同时刻点亮路灯。DW1是钳位二极管，作用是避免白天太阳能电池板接受的电压过高导致 U 1A ②脚输入电压过高而损坏。 C1 为储能电容，作用是防止 U1A②脚电压瞬时突变误点亮路灯。 R14 为反馈电阻．其作用是使 U 1A 成为一个迟滞比较器．防止和避免 U1A在开灯点附近振荡而反复开、关路灯。
（3） 路灯延时电路点亮、熄灭控制电路
延时控制电路选用 CD4541BE 可编程定时控制芯片，它功耗低、内置可编程分频器电路，最大分频级数为 65536 级。
本控制器设计定时开灯和定时关灯时间调节范围是： 2 ． 093 小时 -11 ． 93 小时．分别由 V ： R2 和VR3控制调节。
（4） 蓄电池停止放电优先控制电路
若在路灯欲点亮或已点亮时，蓄电池电压已经低于其允许终止放电值时， Q4 导通．此时无论 U 1A 输出高电平与否，均会使Q1截止，从而保护蓄电池避免过放电损坏。
（5） 电池电压指示电路
为了让现场看管、维护人员及时了解、掌握蓄电池的状态，本控制器设有 LED 电池电压指示装置，通过LLED点亮的数量指示蓄电池电压的高低。
2 ．电路调试
制作中发现。 NE555 时基电路的实际状态转换点，即 1 ／ 3V（ ： C 与 2 ／3VCC状态的翻转跳变点并不是严格遵循理论值。通过调节电阻 R13 可实现 14 ． 4V 的过充电控制。将 R13 由设计的100kΩ换为 120k Ω即可达到实际要求。同理，通过调节 VR4 可校准蓄电池指示电压。
二、用 PIC 12F 675 单片机制作的太阳能路灯控制器
图 2 是用：PIC12F675单片机制作的太阳能路灯控制器电路。 PIC 12F 675 是 8 引脚单片机，具有 6个I ／ 0 口，自带内部 RC 振荡器 （ 振荡频率为 4MHz） 、 4 路 10 位 A ／D转换器、一路比较器，该控制器性能稳定、可靠，耗电低。
1 ．工作原理
PIC 12F675控制蓄电池的过充电、过放电，开、关路灯功能，定时点亮、天黑自动点亮、延时点亮、自动跟踪点亮等功能，路灯点亮测试控制功能，LED指示功能等。
由蓄电池 BTl 、蓄电池过充电控制执行场效应管 01 、三端稳压器 U1 组成电源供电系统； Q2 、 Q4．组成放电控制；K1 手动， R_GM1 光控自动开灯系统，蓄电池分压电阻，发光指示二极管等部分组成。太阳能电池板电压由接口J3输入．经防反充二极管 D1 后分成两路，一路经 U1 LM 78L 05 稳压后，为 PIC 12F675单片机提供工作电源，另一路经 FB 保险丝给蓄电池充电。单片机上电后，首先由 Rf 、 Cf组成的硬件电路进行复位．然后由软件控制U2 ③脚 GP4 输出高电平，让 Q4 导通、 Q2 截止，控制系统停止放电，再检测 U2⑦脚 GP0 上的分压值，通过内部 A／ D 转换及软件运算间接检测、判断蓄电池是否欠压、过压．若蓄电池发生过充电，则通过软件控制U2 ②脚 GP5 输出高电平，使 Q1导通．短路太阳能电池板、停止向蓄电池充电，同时点亮“过充电”指示灯 LED2；若未发生过充电，则 U2 ②脚 GP5输出低电平，允许蓄电池充电。通过检测 U2 ⑥脚 GP1 所接的光敏电阻R_GM1上的分压值，判断是否已经“天黑，到了开路灯时间”，若到了预设的开灯点，则由软件控制 u2 ③脚 GP4 输出低电平，使 Q4截止、02 导通，点亮路灯。若不到开灯点，则程序返回，循环检测上述诸参数。
K1 是手动开灯按钮。按下 K1 ，路灯点亮。单片机通过检测光敏电阻R_GM1上的分压值，判断是否“天黑”，若是天黑．则按设计要求点亮路灯，若否，单片机进入路灯控制器“测试”功能：2分钟后路灯自动熄灭。
2 ．说明
由于单片机程序设计十分灵活，故这里用“开灯点”作为开灯标记符，这个点可以是时间。也可以是天黑的“程度”。若定义的是时间，可以让路灯从此时开始计时，点亮若干小时后熄灭；若是天黑的程度，可以让路灯到了此天黑程度后开始点亮。此后既可计时熄灭，也可判别天亮后熄灭。一切由软件设计人员抉择。
7、太阳能绿色照明灯电路图
该控制电路适合以12只LED为光源的草坪灯。U中包含驱动、光控检测、脉宽调制、电池电压检测等电路。其1脚为使能端，2脚为电源电压端，4脚为负载电流调整口，5脚为开关口，8脚为接地端，3、6、7均悬空。改变R4的阻值可以改变LED的工作电流，其最大允许电流为500mA，M接地时电流最小。太阳能绿色照明灯电路图：
8、LED太阳能草坪灯照明电路
1 引言
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。随着太阳能灯具的大力发展，“绿色照明”必将会成为一种趋势。而LED太阳能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
3.1 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。光伏系统具有以下的特点：没有转动部件，不产生噪音； 没有空气污染、不排放废水；没有燃烧过程，不需要燃料； 维修保养简单，维护费用低；运行可靠性、稳定性好；作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达到25年以上；根据需要很容易扩大发电规模。
图4-1是一个典型的供应直流负载的光伏系统示意图。其中包含了光伏系统中的几个主要部件：光伏组件方阵：由太阳电池组件（也称光伏电池组件）按照系统需求串、并联而成，在太阳光照射下将太阳能转换成电能输出，它是太阳能光伏系统的核心部件。
LED太阳能草坪灯是一个小型的太阳能供电系统（图4-2是一个简单的太阳能供电系统）。它的结构非常简单主要由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池、照明电路和灯杆等部分组成（如图4-3）。
3.2 太阳能草坪灯的控制原理
太阳能草坪灯的控制器主要是用于蓄电池充放电的而控制。图4-4就是一个最基本的充放电控制器。在该图中，由光伏电池板、蓄电池、太阳能控制器和负载组成了一个基本的光伏应用系统。这里的开关K1和K3为充电开关，K3为放电开关，它们均属于太阳能控制中心的一部分。图中开关的开合由控制电路根据系统的充放电状态来决定。当蓄电池充满电时断开充电开关，需要充电时闭合充电开关；当蓄电池放电时闭合K2，否则断开。而这些控制电路可以采用三极管、电阻、电容、电感构成的电压比较升压充放电电路，也可以采用光控电路，或者采用集成运放构成的电压滞回比较器，还可以采用单片机。鉴于廉价的考虑一般采用前者。
一般来说，一个合格的太阳能充放电控制器具有以下几种充放电保护模式：
a 直充保护点电压：直充也叫急充，属于快速充电，一般都是在蓄电池电压较低的时候用大电流和相对高电压对蓄电池充电，但是，有个控制点，也叫保护点，就是上表中的数值，当充电时蓄电池端电压高于这些保护值时，应停止直充。直充保护点电压一般也是“过充保护点”电压，充电时蓄电池端电压不能高于这个保护点，否则会造成过充电，对蓄电池是有损害的。
b 均充控制点电压：直充结束后，蓄电池一般会被充放电控制器静置一段时间，让其电压自然下落，当下落到“恢复电压”值时，会进入均充状态。为什么要设计均充？就是当直充完毕之后，可能会有个别电池“落后”（端电压相对偏低），为了将这些个别分子拉回来，使所有的电池端电压具有均匀一致性，所以就要以高电压配以适中的电流再充那么一小会，可见所谓均充，也就是“均衡充电”。均充时间不宜过长，一般为几分钟~十几分钟，时间设定太长反而有害。对配备一块两块蓄电池的小型系统而言，均充意义不大。所以，路灯控制器一般不设均充，只有两个阶段。
c 浮充控制点电压：一般是均充完毕后，蓄电池也被静置一段时间，使其端电压自然下落，当下落至“维护电压”点时，就进入浮充状态，目前均采用PWM（既脉宽调制）方式，类似于“涓流充电”（即小电流充电），电池电压一低就充上一点，一低就充上一点，一股一股地来，以免电池温度持续升高，这对蓄电池来说是很有好处的，因为电池内部温度对充放电的影响很大。其实PWM方式主要是为了稳定蓄电池端电压而设计的，通过调节脉冲宽度来减小蓄电池充电电流。这是非常科学的充电管理制度。具体来说就是在充电后期、蓄电池的剩余电容量（SOC）》80%时，就必须减小充电电流，以防止因过充电而过多释气（氧气、氢气和酸气）。
d 过放保护终止电压：这比较好理解。蓄电池放电不能低于这个值，这是国标的规定。蓄电池厂家虽然也有自己的保护参数（企标或行标），但最终还是要向国标靠拢的。需要注意的是，为了安全起见，一般将12V电池过放保护点电压人为加上0.3V作为温度补偿或控制电路的零点漂移校正，这样12V电池的过放保护点电压即为11.10V，那么24V系统的过放保护点电压就为22.20V 。目前很多生产充放电控制器的厂家都采用22.2V（24V系统）标准。
3.3 太阳能草坪灯充放电控制器的设计
充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（MPPT）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3-2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3-3（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3.3（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。
3.4 太阳能草坪灯的电路原理
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。VQ2、VQ3、VQ5的β在200左右，VQ4需β值大的晶体管。VD1尽量选管压低的，如锗管或肖特基二极管。LED可选用白、蓝、绿色超高亮度散光或聚光。当选用红黄橙等低压降LED时，电路需重新设定。R3、R5建议选用1%精度电阻；R4用亮阻10kΩ～20kΩ，暗阻1MΩ以上的光敏电阻。其他电阻可选用普通碳膜（1/4）W、（1/8）W电阻。L1用（1/4）W色电感，直流阻抗要小。
该电路的工作原理：白天有太阳光时，由BT1把光能转换为电能，由VD1对BT2充电，由于有光照，光敏电阻呈低阻，VQ4 b极为低电平而截止。当晚上无光照时光敏电阻呈高阻，VQ4导通，VQ2 b极为低电平也导通，由VQ3、VQ5、C2、R6、L1组成的DC升压电路工作，LED得电发光。
DC升压电路其核心就是一个互补管振荡电路，其工作过程为：VQ2导通时电源通过L1、R6、VQ4向C2充电，由于C2两端电压不能突变，VQ3 b极为高电平，VQ3不导通，随着C2的充电其压降越来越高，VQ3 b极电位越来越低，当低至VQ3导通电压时VQ3导通，VQ5相继导通，C2通过VQ5 ce结、电源、VQ3 eb结（由于VQ2导通，我们假设其ec结短路，VQ3 e极直接电源正极）放电。
当放完电后VQ3截止，VQ5截止，电源再次向C2充电，之后VQ3导通，VQ5导通，C2放电，如此反复，电路形成振荡，在振荡过程中，VQ5导通时电源经L1和VQ5 ce结到地，电流经L1储能，VQ5截止时L1产生感应电动势，和电源叠加后驱动LED，LED发光。本可以提高电池电压直接驱动LED，以提高效率，但电池电压提高，相应的太阳能电池价格也大幅提高，只要电路元件设置合适，其效率还是可以接受的。当白天充电不够时（如遇上阴雨天等），BT2可能发生过放电，这样会损坏电池，为此特加R5构成过放保护：当电池电压降至2V时，由于R5的分压使VQ4基极电位不足以使VQ4导通，从而保护电池。增加R5会影响VQ4的导通深度。
4 光源优势及选择
目前多数草坪灯选用LED作为光源，LED寿命长，可以达到100000小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经经历了其关键的突破，并且其特性在过去5年中有很大提高，其性能价格比也有较大的提高。另外，LED由低压直流供电，其光源控制成本低，使调节明暗，频繁开关都成为可能，并且不会对LED的性能产生不良影响。还可以方便地控制颜色，改变光的分布，产生动态幻景，所以它特别适用在太阳能草坪灯上。
但是LED有它许多固有的特性，使用时如果不注意就会造成不良后果。LED目前市场上销售的发光效率仅能达到15lmW，只能达到三色基色高效节能灯1/3，三色基色高效节能灯的发光效率可以达到50－60lmW，从价格上看，目前生产每1m的成本：三色基色高效节能灯（含电子镇流器）0.022元，2002年φ5mm白光LED价格为1.9－3.0元，目前生产每1m的成本价格相差悬殊。从使用寿命上看，三色基色高效节能灯（含电子镇流器）的寿命可以达到6000h，LED可以达到100000h以上，从表面上看LED寿命是三色基色高节能灯（含电子镇流器）的几十倍，但是事实并非如此。目前太阳能草坪灯大多数采用超高亮白光LED，它在20mA下超高亮白光LED光通维持率达到初始强度50%的时间（寿命）不到10000h，复旦大学电光源所曾经证明上述论点。这就是说，目前在许多情况下LED并非最好的太阳能草坪灯光源，除非它是低档的使用年限仅1－2年的太阳能草坪灯，或者是1W以下的太阳能草坪灯。对于1W以上的太阳能草坪灯，最好使用三色基色高效节能灯。目前有一些太阳能草坪灯用30－40只超高亮白光LED，输入功率2W以上，在这种情况下如果用三色基色高效节能灯，价格只有LED的1/10，光通量是原来的4倍，可喜的是现在已经研制成功2－10W的低压直流三色基色高效节能灯，寿命可以达到6000h。
根据上面分析，我们认为1W以下的小功率太阳能草坪灯，有调节明暗，频繁开关的功能，一般应该使用LED作为光源。但是在使用超高亮白光LED时特别要注意光通维持率问题，否则容易引起质量事故。对于功率较大的太阳能草坪灯，目前使用三色基色高效节能灯比较合理。这里要强调的是，以上结论仅仅是目前的分析，当LED技术水平提高以后，价格下降，以上结论需要调整。
5 遇到的问题
5.1 光敏传感器
太阳能草坪灯需要光控开关，设计者往往会用光敏电阻来自动开关灯，实际上太阳能电池本身就是一个极好的光敏传感器，用它做光敏开关，特性比光敏电阻好。对于仅仅使用一只1.2VNi－Cd电池的太阳能草坪灯来说，太阳能电池组件由四片太阳能电池串联组成，电压低，弱光下电压更低，以至天没有黑电压已经低于0.7V，造成光控开关失灵。在这种情况下，只要加一只晶体管直接耦合放大，即可解决问题。
5.2 按蓄电池电压高低控制负载大小
太阳能草坪灯往往对连续阴雨可维持时间要求很高，这就增加系统成本。我们在连续阴雨蓄电池电压降低时减少LED接入个数，或者减少太阳能草坪灯每天的发光时间，这样就能减少系统成本。
5.3 太阳能电池封装形式
目前太阳能电池的封装形式主要有两种，层压和滴胶。层压工艺可以保证太阳能电池工作寿命25年以上，滴胶虽然当时美观，但是太阳能电池工作寿命仅仅1－2年。因此，1W以下的小功率太阳能草坪灯，在没有过高寿命要求的情况下，可以使用滴胶封装形式，对于使用年限有规定的太阳能草坪灯，建议使用层压的封装形式。
5.4 闪烁变光
渐亮渐暗是节能的好办法，它一方面可以增加太阳能草坪照射效果，另一方面可以通过改变闪烁占空比控制蓄电池平均输出电流，延长系统工作时间，或者在同等条件下，可减小太阳能电池的功率，成本将大幅度下降。
5.5 三色基色高效节能灯的开关速度
这个问题非常重要，它甚至决定着太阳能草坪灯的使用寿命，三色基色高效节能灯启动时有高达10－20倍的启动电流，系统在承受这样大的电流情况下可能电压有大幅度下降，太阳能草坪灯无法启动或者反复启动，直至损坏。
5.6 升压电路效率的提高及对LED灯的影响
小功率太阳能草坪灯一般都有升压电路，如果采用振荡电路，电感升压。电感采用标准色码电感器，标准色码电感器中使用开放磁路，磁通损失大，所以电路效率低。如果采用闭合磁路制造电感升压，如磁环，升压电路效率将有很大提高。LED的特性接近稳压二极管 《http://www.ledgb.com》，工作电压变化0.1V，工作电流可能变化20mA左右。为了安全，普通情况下使用串联限流电阻，极大的能量损失显然不适合太阳能草坪灯，并且LED亮度随工作电压变化，而且一定要自动限流，否则将损坏LED。一般LED的峰值电流50－100mA，反高能电池反接或者蓄电池空载，升压电路峰值电压过高时很可能超过这个极限，损坏LED。
9、太阳能稳压电源电路图
10、多功能太阳能充电器电路
电路中R1为限流电阻，VD1、VD2为限压二极管，其正向压降为0.7 V。开关SB2的作用是当没有阳光时就断开9防止充电电池逆向放电。当阳光充足时，测量得光伏电池的充电电流一般为150～200 mA。计算充满电的时间可按照下面这个公式：充电时间=电池容量×2/充电电流， 女口600 mAh×2/200 mA=6 h。多功能太阳能充电器电路：
11、太阳能控制电路
太阳能控制电路
如图所示，双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器，参考电压为VDD（+12V）的1／2。光敏电阻RT1、RT2与电位器RP1和光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2分别构成光敏传感电路，该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。如下图所示，将RT1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧，RT4和RT2安装在另一侧。当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光线作用时，RP1和RP2的中心点电压不变。如果只有RT1、RT3受太阳光照射，RT1的内阻减小，LM358的3脚电位升高，1脚输出高电平，三极管VT1饱和导通，继电器K1导通，其转换触点3与触点1闭合，同时RT3内阻减小，LM358的5脚电位下降，K2不动作，其转换触点3与静触点2闭合，电机M正转；同理，如果只有RT2、RT4受太阳光照射，继电器K2导通，K1断开，电机M反转。当转到垂直遮阳板两侧面的光照度相同时，继电器K1、K2都导通，电机M才停转。在太阳不停地偏移过程中，垂直遮阳板两侧光照度的强弱不断地交替变化，电机M转-停、转-停，使太阳能接收装置始终面朝太阳。4只光敏电阻这样交叉安排的优点是：LM358的3脚电位升高时，5脚电位则降低，LM358的5脚电位升高时，3脚电位则降低，可使电机的正反转工作既干脆又可靠。可直接用安装电路板的外壳兼作垂直遮阳板，避免将光敏电阻RT2、RT3引至蔽阴处的麻烦。使用该装置，不必担心第二天早晨它能否自动返回。早晨太阳升起时，垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等，这样，上述控制电路就会控制电机，从而驱动接收装置向东旋转，直至太阳能接收装置对准太阳为止。
12、太阳能电池并联充电器电路图
13、智能型太阳能充电电路
本文设计中采用16个光伏电池串联，组成电压约为1218V 的太阳能组件，通过采集较高多的光能，保证日照能够使锂电池完全充满电。 供电网络设计电路采用正激式拓扑结构［ 1 ］ 。 具体电路如图2所示。
图2 智能型太阳能充电电路设计主电路
太阳能组件产生的电能，一路经过开关变压器T1 的122绕组加至开关管Q1 的集电极（ c） ，另一路经过R1 为Q1 提供基极电压。 当基极（ b）的电压为高电平时， Q1 开始导通，变压器T1 的122绕组中产生1正2 负的电动势，经T1 耦合，在T1 的324绕组中产生3正4负的感应电动势，此电动势经R5 ， C2 叠加到Q1的基极（ b） ，使Q1 迅速饱和导通。 由于变压器T1 的122间的电流不能突变，在此过程中会产生1负2正的电动势。 变压器T1 的324绕组中感应出3负4正的电动势，通过R5 ， C2 ，使Q1 迅速进入截止状态。 经R1 对C2 的不断充电， Q1 又开始导通，进入下一轮的开关振荡状态。 在导通期间， T1 变压器的副边绕组526，经整流二极管D4 向外输送能量。
稳压电路由稳压管D0、三极管Q2 等元件组成。 当负载减轻或太阳能组件输出电压升高时， A 点电压上升。 当该电压大于511V 时， D0 击穿， Q2 因b2e结正向偏置而迅速导通，使Q1 提前截止，从而使输出电压趋于下降；反之，则控制过程相反，从而使变压器T1 副边输出电压基本稳定。 当负载过重时， Q1 的c2e电流增大， R4 上的压降也随之增大。 当该电压大于017V 时， Q2 导通， Q1 截止，达到过流保护的目的。 为避免截止期间变压器T1 的122 绕组感应出的尖峰脉冲击穿开关管Q1 ，并联了尖峰脉冲吸收电路。
14、太阳能电池快速充电器电路图
15、太阳能升压与电池充电控制电路
介绍了太阳能升压电路和充电控制电路的组成及工作原理，并研究了电路的性能，
16、太阳能收音机电路
太阳能收音机电路
太阳能是取之不尽，用之不竭的能源。将太阳能（或其它光能）直接转换为电能的器件，被称为太阳能电池。随着人们节能和环保意识的不断增强，太阳能电池正以能源丰富、无污染、寿命长、使用维护简便和性能可靠等优点，而越来越受到人们的喜爱。 动手制作一台用太阳能电池供电的小型中波调幅收音机，是多么有趣而有惬意的事：白天在阳光下，晚上在灯光下，你都可以用它来收听新闻广播、学习外语。通过制作，你还可以掌握和了解有关太阳能电池的知识，拓宽视野，为将来人类进一步开发和利用太阳能打下基础。
一、太阳能收音机电路工作原理
小型太阳能收音机的电路如图1所示。它采用一只微型收音机专用集成电路A做高频放大和检波，后面用两只三极管VT1、VT2作低频放大和射极输出，最后推动8Ω低阻耳塞机放音。
A（型号为YS414）是一种直接放大检波式收音机专用集成电路，它采用TO-92型塑封包装，其包装形式与普通9014型塑封小功率晶体三极管完全相 同，外形和引脚排列如图2（a）所示。各引脚功能：G脚为公共接地端，I脚为输入端，O脚为输出端。YS414型集成电路内部由9只三极管、16只电阻器 和4个电容器组成，功能包括一级高阻输入缓冲、三级高频放大和一级检波，其内部电路框图如图2（b）所示。YS414集成电路具有输入阻抗高、增益大、耗 电省、外围元件少、电路无需调试等特点，非常适合用于制作微型简易收音机。
当有太阳强光（或灯光）照射到太阳能电池板BP上时，BP表面即发生光伏效应，其两端输出一定功率的电能，供收音机电路工作。磁性天线L和可变电容器 C1组成调谐回路，这是一个并联谐振电路，调节C1可改变谐振频率，起到选择所要接收电台信号的作用。磁性天线L采用了中波专用磁棒，具有较高的灵敏度， 可不用外接天线，并且在接受电台时有一定的方向性。由于A具有极高的输入阻抗，所以调谐回路可直接接在A的输入端I和通过C2入地，而不必象大多数收音机 那样经次级线圈耦合输入。被送入A的电台信号，经A内部电路进行多级高频放大和检波后，从其O脚输出音频电信号。R1是A的输入级偏流电阻器，它通过A的 输出负载电阻器R2接BP正极，可同时使A具有自动增益（AGC）控制能力。如果收音机接收到的信号较强，A的工作电流就会增加，在R2上的电压降也随之 增加，使得A的工作电压下降，内部电路增益亦下降，导致A输出信号减小，这样就完成了自动增益控制作用。R2偏大时，AGC控制作用太强，会使电路增益明 显降低；R2偏小时，AGC控制作用太弱，会使电路产生自激啸叫声。C3为高频旁路电容器，它能滤除检波信号中所包含的不需要的高频成分；C3选取合适的 容量，不仅可获得良好的音质，而且还可获得较佳的自动增益控制特性。
由A的O脚输出的音频信号，通过耦合电容器C4送到电位器RP进 行音量调节，然后再通过耦合电容器C5送到VT1、VT2构成的低频放大电路进行功率放大，最后推动8Ω耳塞机放音。VT1构成前置放大器，它对音频信号 进行电压放大；VT2构成射极跟随器，将插孔XS内所接8Ω耳塞机的阻抗变换为VT2电流放大系数的β倍（即β×8Ω），以解决VT1所输出的高阻抗不能 够与8Ω耳塞机直接相匹配的问题；射极跟随器同时具有电流放大作用，可使耳塞机声音更为响亮。R3是VT1的直流偏置电阻器，由于VT2的基极直接与 VT1的集电极相连，所以调节R3阻值可同时调整VT1和VT2的工作点；R4为VT1的发射极电流负反馈电阻器，其作用是进一步稳定VT1和VT2的工 作点。
二、太阳能收音机电路元器件选择
BP采用尺寸约为35mm×10mm、开路电压≥2V、短路电流≥8mA的成品太阳能电池 板。这种太阳能电池板采用单晶硅片工艺制作而成，光电转换效率稳定，已被广泛应用于计算器等弱电流电器中。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相 关，面积越大，在相同光照条件下的输出功率也越大。太阳能电池板的优劣主要由开路电压和短路电流这两项指标来衡量。业余测试方法是：将太阳能电池板放在太 阳光直射的环境下，用万用表测出两端输出电压，即可认为是开路电压；再将万用表直接跨接在太阳能电池板两端测出输出电流，即认为是短路电流。
如果一时购买不到太阳能电池板，可用三块尺寸为10mm×5mm、开路电压0.5～0.6V、短路电流≥9mA的2CR32型硅光电池串联后代替。这种 硅光电池的外形如图3所示，它的受光面呈蓝黑色，上面有几条银白色的栅线，引出两根导线作为电池正极；背光面呈银白色（镀锡），引出两根导线作为电池负 极。
A采用YS414型微型收音机专用集成电路。其主要特点：工作电压低，在1.3～1.5V就能满意正常工作；耗电省，无信号时工作电流仅为0.4mA左 右；工作频带宽，可达150～3000kHz；放大能力强，功率增益可达72dB，自动增益控制范围可达20dB。跟YS414内部电路和功能完全相同、 但生产厂家不同的这类集成电路还有：D7642、TA7642、CTC7642、YS7642、BS414、MK-484、2N414型等，它们都可以直 接互换使用。
晶体管VT1、VT2均用9014或3DG8型硅NPN小功率低噪三极管，要求VT1的电流放大系数β值在40～150之间、VT2的β值在20～60之间。
磁性天线L需自己绕制，具体方法：用φ0.15mm单股高强度漆包线，在φ5mm×35mm的中波磁棒上单层密绕82圈即可。绕制时注意，为使线圈不散 脱，应用快干胶（或白蜡）将起始处和结束处粘固住。为调试方便，在绕制前最好用卡纸做一个线圈骨架，使做成的线圈能在磁棒上左右移动。
C1选用5～200PF超小型密封可变电容器；C2、C3和C6均用CT1型瓷介电容器；C4、C5均用CD11-10型电解电容器。R1～R5全部采 用RTX-1/8W型碳膜电阻器。RP选用WH15-1A型不带开关的小型合成碳膜电位器。XS选用CKX2-3.5型（φ3.5mm口径）耳塞式耳机常 用的两芯插孔。耳机采用带有CSX2-3.5型（φ3.5mm）两芯插头的8Ω低阻耳塞机。
17、太阳能蓄电池充电控制电路图
18、太阳能供电板的电路图
太阳能供电板的电路如图1所示。由D1、BT构成系统的太阳能充电电路。平时，只要达到一定光强，太阳能电池板便通过二极管D1为充电电池BT充电，直至饱和。除了太阳能充电方式外，我还设计了备用的外部直流电源充电接口以防不时之需。外部充电电路由R1、DS1、D2、BT构成，R1选用功率为1W的电阻，当R1为10欧姆的时候，最佳外部充电电压为3-4伏，DS1为外部充电指示灯，它是利用电阻R1上的压降来点亮的。后面的升压电路是运用间歇振荡器的快速关断（截止）的特性而实现升压的。S1为供电开关，当S1闭合后升压电路开始工作，太阳能供电板便可驱动负载，J1为输出接口，DS2是输出指示灯。
19、太阳能充电过量保护电路
20、全天候太阳能自动跟踪控制器电路图
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