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7所示。

　　图7：Cuk充电控制器主电路

　　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8(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8(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。

　　图8：Cuk变换器连续工作模式等效电路图

　　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。

　　图9：一种简单的太阳能草坪灯的电路原理图

　　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。