一种基于dsp的太阳能半导体照明系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于DSP的太阳能半导体照明系统及其控制方法，所示的系统包括主电路和控制电路；主电路包括太阳能电池、DC-DC变换器、电池、LED驱动电路和LED灯组；控制电路包括MPPT控制电路和LED驱动控制电路；LED驱动电路包括电感L1和L2、电容C、二极管D以及MOS管Q1；MPPT控制电路包括检测电路、DSP和PWM驱动电路；LED驱动控制电路为基于OCC的CUK变换器。该基于DSP的太阳能半导体照明系统具有集成度高、稳定性好等优点。
【专利说明】—种基于DSP的太阳能半导体照明系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于DSP的太阳能半导体照明系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着科技水平的日益提高、能源危机的日益严重以及石油价格不断上涨，常规能源已不再适应社会经济快速发展，开发和利用新能源意义重大。2005年以来，世界太阳能市场的年增长率为23%，而同期石油的年增长率只有1.8%，相差10倍之多，而煤、石油和铀等作为燃料带来了难以克服的严重环境污染。世界光伏产业迅猛发展，从上个世纪到本世纪初光伏发电已逐渐从解决特殊领域供电转向作为常规能源的一种重要补充，这种进展在发达国家尤为明显。太阳能是地球上最直接、最普遍也是最清洁的能源，每天达到地球表面的辐射能约等于2.7亿万桶石油的能量，可以说是取之不尽、用之不竭。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，例如:太阳能热水器、太阳能灯、太阳能水泵、太阳能交通信号灯、太阳能除湿空调系统等，这些产品显示出了巨大的市场潜力和生命力。半导体照明(Light Emitting Diode)是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件，依靠材料中的正负电荷复合来发光，具有高效、节能、寿命长、环保等优点。随着环保理念的深入以及奥运会场馆采用了很多太阳能照明系统，绿色环保的太阳能照明装置已经成为太阳能开发利用的新亮点之一。光伏照明是21世纪半导体技术突破和发展关键，它作为国家发展新型照明的战略性技术，是迈入半导体光电技术如光传输、光传感、激光器及光存储等其它器件的重要入口点，这己成为21世纪大势所趋无可抵挡局面。这对进一步提高其系统的节能高效、高功率因素、快速响应、结构简单成本低、长寿命及稳定抗干扰等性能带来了新的挑战，使得控制系统设计与工作器件性能等方面有着较高的要求。而传统的设计存在不少的缺陷，传统的太阳光伏MPPT控制现有技术如定电压跟踪法、间歇扫描法等和现有半导体照明驱动的线性控制、充电泵升压及ACMC控制等方法，由于其系统能耗大、效率低、功率因数小、电流波动大及抗干扰不强、成本高寿命短等，不能满足工作要求。本系统对提高控制系统的低成本、低功耗、高效率、快响应、强稳定及高智能自动化等性能做了深入研究并得到了相应的实现。
[0003]现有设计(参见图1-2)存在不少的缺陷，成本高、能耗大效率低、电流波动大及抗干扰不强等，不能满足工作要求，如驱动电路采用电感电流信号检测环及乘法器，导致结构复杂、电路成本高，且乘法器的非线性失真大大增加了系统电流的谐波含量。在太阳光伏MPPT控制现有技术如定电压跟踪法、间歇扫描法、扰动观察法等中普遍存在的效率不高、智能自动程度低和蓄电池寿命短等问题，
[0004]因此，有必要设计一种新型的太阳能半导体照明系统及其控制方法。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于DSP的太阳能半导体照明系统及其控制方法，该基于DSP的太阳能半导体照明系统具有集成度高、稳定性好等优点。[0006]发明的技术解决方案如下:
[0007]—种基于DSP的太阳能半导体照明系统，其特征在于，包括主电路和控制电路；
[0008]主电路包括太阳能电池、DC-DC变换器、电池、LED驱动电路和LED灯组；
[0009]太阳能电池通过DC — DC变换器为电池充电；电池通过LED驱动电路驱动LED灯组；控制电路包括MPPT控制电路和LED驱动控制电路；
[0010]【MPPT控制电路用于驱动DC — DC变换器工作，LED驱动控制电路用于驱动LED驱动电路工作；】
[0011]LED驱动电路包括电感LI和L2、电容C、二极管D以及MOS管Ql ;电池的正极通过电感LI接电容C的正极；电容C的负极经电感L2接LED灯组的负极；LED灯组的正极接电池的负极；
[0012]MOS管Ql为N沟道功率MOS管；M0S管Ql的D极和S极分别连接电容C的正极和电池负极;M0S管Ql的G极接LED驱动控制电路的输出端；二极管D的正极和负极分别接电容C的负极和电池的负极；
[0013]MPPT控制电路包括检测电路、DSP和PWM驱动电路；检测电路用于采集电池电压；检测电路的输出端与DSP的A/D转换接口相连，DSP的PWM输出通道接PWM驱动电路的输入端；PWM驱动电路为DC-DC变换器提供触发脉冲；
[0014]LED驱动控制电路为基于OCC的CUK变换器。
[0015]所述的LED驱动控制电路包括RS触发器、误差放大器、积分器和比较器；误差放大器的输入信号为反馈电压信号Vf与参考电压Vref的误差值；误差放大器的输出信号Vm作为积分器的一个输入；积分器的另一个输入信号为RS触发器的Q非信号；积分器的输出信号Vint接比较器的一个输入端；比较器的另一个输入端接电流信号i，i=k*(ir+vrkb)，【K为电流信号增益环节，由系统信号增益需要而确定，比如取值为l】kh为输入阻抗绝对值分之一，ir为DC-DC变换器的输出电流；【又称:主控电路输入部分所调试的电流信号】；
[0016]比较器的输出端接RS触发器的R端，RS触发器的S端接时钟信号；RS触发器的Q端接MOS管Ql的G极。
[0017]【此处采用复位积分器，Q非端的高低电平控制积分器的复位开关(如输出高电平时复位积分器清零】
[0018]主电路中还包括一个与电容并联的RC阻尼电路(Damping—network)。【所述的MPPT控制电路中，DSP的PWM输出通道输出的PWM控制信号在i时刻的占空比为
[0019]Ui=UiJKpAefKlei,其中，Ui^1为1-Ι时刻的占空比，Kp为比例系数，K1为积分系数，ei为i时刻的电压偏差,eg为1-Ι时刻的电压偏差，Aei为i时刻的电压偏差变化率。】
[0020]主电路中还包括一个与电容并联的RC阻尼电路中的Boost — Buck变换器的环路
增益传递函数为:
【权利要求】
1.一种基于DSP的太阳能半导体照明系统，其特征在于，包括主电路和控制电路； 主电路包括太阳能电池、DC-DC变换器、电池、LED驱动电路和LED灯组； 太阳能电池通过DC-DC变换器为电池充电；电池通过LED驱动电路驱动LED灯组； 控制电路包括MPPT控制电路和LED驱动控制电路； LED驱动电路包括电感LI和L2、电容C、二极管D以及MOS管Ql ；电池的正极通过电感LI接电容C的正极；电容C的负极经电感L2接LED灯组的负极；LED灯组的正极接电池的负极； MOS管Ql为N沟道功率MOS管；M0S管Ql的D极和S极分别连接电容C的正极和电池负极;M0S管Ql的G极接LED驱动控制电路的输出端；二极管D的正极和负极分别接电容C的负极和电池的负极； MPPT控制电路包括检测电路、DSP和PWM驱动电路；检测电路用于采集电池电压；检测电路的输出端与DSP的A/D转换接口相连，DSP的PWM输出通道接PWM驱动电路的输入端；PWM驱动电路为DC-DC变换器提供触发脉冲； LED驱动控制电路为基于OCt的CUK变换器。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的太阳能半导体照明系统，其特征在于，所述的LED 驱动控制电路包括RS触发器、误差放大器、积分器和比较器； 误差放大器的输入信号为反馈电压信号Vf与参考电压VMf的误差值；误差放大器的输出信号Vm作为积分器的一个输入；积分器的另一个输入信号为RS触发器的Q非信号；积分器的输出信号Vint接比较器的一个输入端；比较器的另一个输入端接电流信号i，i=k*(ir+vrkb)，kb为输入阻抗绝对值分之一，ir为DC-DC变换器的输出电流； 比较器的输出端接RS触发器的R端，RS触发器的S端接时钟信号；RS触发器的Q端接MOS管Ql的G极。
3.根据权利要求2所述的基于DSP的太阳能半导体照明系统，其特征在于，主电路中还包括一个与电容并联的RC阻尼电路。
4.根据权利要求3所述的所述的太阳能半导体照明系统的控制方法，其特征在于，主电路中还包括一个与电容并联的RC阻尼电路中的Boost-Buck变换器的环路增益传递函数为
【文档编号】H05B37/02GK103763812SQ201310516578
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】周忠, 徐仁伯 申请人:湖南信息科学职业学院