沒(méi)有任何儲(chǔ)能元件的 SDL 會(huì)遭受光強(qiáng)度頻繁變化的影響。此外，日落后需要備份。這里給出了混合燈的設(shè)計(jì)。它使用太陽(yáng)能光伏板和主電源并提供恒定的光輸出。即使電池板輸出下降至 10%，該設(shè)計(jì)也可以利用太陽(yáng)能。按比例減少主電源上的負(fù)載。
　　新唐憑借其尖端的電池監(jiān)控芯片組解決方案推動(dòng)電動(dòng)汽車市場(chǎng)新唐憑借其尖端的電池監(jiān)控芯片組解決方案推動(dòng)電動(dòng)汽車市場(chǎng)2024年3月4日　　所提出的混合燈的框圖如圖1所示。它由一系列 LED 燈組成：A1 至 A9。這些燈均由五個(gè)串聯(lián)的 1 W 白色 LED 組成。這些 LED 使用 LED 驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制。

　　圖 1 具有 9 個(gè) LED 燈的混合燈設(shè)計(jì)框圖，其中每個(gè)燈由 5 個(gè)串聯(lián)連接的 1 W 白色 LED 組成，所有 LED 均使用 LED 驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制。
　　LED 使用 30 瓦峰值 (Wp) PV 面板以及適配器（AC-DC 轉(zhuǎn)換器）供電，如圖 1 所示。LED 驅(qū)動(dòng)器通過(guò) MCU 的 9 個(gè)數(shù)字輸出 (DO) 引腳進(jìn)行控制。太陽(yáng)能電池板電壓 Vpvs 使用分壓器電路進(jìn)行感測(cè)，并連接到 MCU 的 ADC 輸入引腳。類似地，流過(guò)第一 LED 陣列 A1 的電流被感測(cè)并連接到另一個(gè) ADC 引腳。適配器輸出電壓 VMF 使用分壓器電路進(jìn)行感測(cè)，并連接到 MCU 的數(shù)字輸入 (DI) 引腳。這是一個(gè)數(shù)字信號(hào)，用于檢測(cè)適配器電源是否可用。多一個(gè) DO 引腳連接到“適配器待機(jī)模式”引腳，以減少當(dāng)所有陣列均由太陽(yáng)能電池板供電且適配器空載時(shí)適配器消耗的功率。
　　電路原理圖　　圖2所示為電路圖。適配器輸出 VM 連接到電路的頂部（紅色）導(dǎo)軌。經(jīng)過(guò)二極管 D19 (1N5822) 后，電壓 VMD 施加到電路上。同樣，中間軌（黃色）連接到太陽(yáng)能電池板輸出 Vpv。經(jīng)過(guò)二極管D20后，電壓Vpvd被施加到電路。大濾波電容器 C2 (10000 ?F 35V) 連接在面板端子之間。該電容器將消除面板電壓的突然變化，以便固件平穩(wěn)運(yùn)行。

　　圖 2所提出的混合燈的電路圖，其中適配器輸出 VM 連接到電路的頂部（紅色）導(dǎo)軌，太陽(yáng)能電池板輸出 Vpv 連接到中間導(dǎo)軌（黃色）。
　　詳細(xì)顯示了陣列 A1 的 LED 驅(qū)動(dòng)電路。陣列 A1 由 5 個(gè)串聯(lián)的白色 LED 組成。通過(guò)R1連接到接地端；10 Ω、2 W 電阻。R1 (Ipv1) 兩端的電壓降連接到 MCU IC3 ATMEGA 8 的 ADC1（引腳 24），如圖3所示。A1 由兩個(gè) PNP 晶體管 T3 和 T4 (2N4033) 驅(qū)動(dòng)。晶體管T3由MCU的數(shù)字輸出PD0通過(guò)NPN晶體管T1（BC546）控制。PD0 信號(hào)使用 IC1 (74HCT04) 的非門反轉(zhuǎn)。該信號(hào)驅(qū)動(dòng)晶體管 T2，晶體管 T2 又驅(qū)動(dòng) T4。　　當(dāng) PD0 為低電平時(shí) → T3 關(guān)閉，T4 開啟（A1 開啟太陽(yáng)能，綠色指示燈 LED2 開啟）當(dāng) PD0 為高電平時(shí) → T3 開啟，T4 關(guān)閉（A1 開啟市電，紅色指示燈 LED1 開啟）以同樣的方式，其余陣列A2至A9通過(guò)它們各自的數(shù)字輸出信號(hào)來(lái)控制。請(qǐng)注意，電阻器 R2 至 R9 連接至 LED 陣列的陽(yáng)極。這樣做是為了減少布線，因?yàn)閱胃鼐€連接到 A2 至 A9 最后 LED 的所有陰極。

　　圖3 MCU連接圖。
　　MCU 和 LED 驅(qū)動(dòng)電路由穩(wěn)壓器 IC4 (LM7805) 供電。其輸入通過(guò) D21、D22、R77 和 R78 連接到 VMD 和 Vpvd 電源軌。因此，太陽(yáng)能或市電電源均可提供 5 伏電壓?！　D 4顯示了所有數(shù)字輸出的電路圖。它包括兩個(gè) 74HCT04 IC（IC1 和 IC2），用于反轉(zhuǎn)總共 9 個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)。18 條輸出線通過(guò) 18 個(gè)二極管 D1 至 D18 (1N4148) 連接到 LED 驅(qū)動(dòng)電路。圖 5顯示了帶有 LED 驅(qū)動(dòng)電路和 MCU 接口的組裝 PCB。

　　圖 4所有數(shù)字輸出的互連圖，18 條輸出線通過(guò) 18 個(gè)二極管（D1 至 D18）連接到 LED 驅(qū)動(dòng)電路?！　∵m配器（AC-DC轉(zhuǎn)換器）選擇

　顯示原型中使用的適配器輸出電壓為 18 V。然而，理想情況下，為了匹配太陽(yáng)能電池板最大功率 (Vmp) 時(shí)的電壓，我們需要 17.5 V。串聯(lián)一個(gè)二極管可以將電壓降低約 0.7 V . 有一些適配器可以在 ±10% 容差范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。使用這種類型的適配器，可以將輸出電壓設(shè)置為17.5V。
　30 Wp、2' x 2' 太陽(yáng)能電池板（頂部）和 18V、3 A 適配器（底部）的照片。使用二極管將電壓降低到接近理想的 17.5 V，以匹配太陽(yáng)能電池板的 Vmp。
　　規(guī)格和計(jì)算
　　太陽(yáng)能電池板規(guī)格如下：
　　額定功率 (P) = 30 Wp
　　最大功率時(shí)的電壓 (Vmp) = 17.5 V
　　最大功率時(shí)的電流 (Imp) = 1.714 A
　　LED燈的計(jì)算如下：
　　白光 LED 的正向電壓 = 3.12 V
　　通過(guò)陣列 A1 的電流 = [17.5 – (5 x 3.12)] / 10Ω = 0.19 A陣列 A1 消耗的功率 = 17.5 * 0.19 = 3.325 W9 個(gè) LED 陣列消耗的功率 = 9 x 3.325 = 29.9 W算法　　如前所述，混合燈從太陽(yáng)能光伏電池板和適配器獲取電力。如果兩個(gè)電源均存在，則它會(huì)運(yùn)行最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT) 算法以最大化太陽(yáng)能。表 1顯示了操作模式。

　　表 1混合燈的工作模式。如果兩個(gè)電源均存在，設(shè)計(jì)將運(yùn)行 MPPT 算法以最大化太陽(yáng)能。
　　變量
　　以下是算法中使用的變量：
　　n：光伏供電的陣列數(shù)量（n = 9 最初設(shè)置為處理全部太陽(yáng)能）PV_POWER：從光伏電池板汲取的功率
　　PRESENT_MODE：當(dāng)前操作模式
　　NEW_MODE：新的操作模式
　　PRESENT_MODE 和 NEW_MODE 允許的數(shù)值如下，其中 n 的有效值在每種模式的括號(hào)中指示：
　　0：太陽(yáng)能日間燈模式（n = 9）
　　1：市電供電模式（n = 0）
　　2：MPPT（n從1到9變化）
　　常數(shù)
　　以下是算法中使用的常量：
　　POWER_MIN：功率最小值。如果 PV 功率 < POWER_MIN，則聲明太陽(yáng)能不存在。（POWER_MIN = 1 W 或 1600 計(jì)數(shù)）P_DELTA：該值用于產(chǎn)生滯后。（P_DELTA = 1 W 或 1600 計(jì)數(shù)）VPV_MIN：該值用于檢查PV電源是否可用。如果 Vpv < VPV_MIN，PV 電源不可用。（16 V 或 ADC0 的 800 計(jì)數(shù)）數(shù)據(jù)
　　以下是算法使用的數(shù)據(jù)：
　　數(shù)組 P(n)：算法使用該數(shù)據(jù)來(lái)控制 LED 燈 A1 至 A9。表 2顯示了 10 個(gè)功率級(jí)別定義的常量數(shù)組。　　表 2為 10 個(gè)功率級(jí)別定義的常量數(shù)組。

　　ADC 詳細(xì)信息
　　以下是 ADC 規(guī)格。計(jì)數(shù) 1024 對(duì)應(yīng)于 ADC 引腳的 5 V 輸入：
　　ADC 分辨率：10 位（1024 計(jì)數(shù)）
　　ADC 參考電壓 = 5V
　　Vpv 計(jì)算
　　太陽(yáng)能電池板輸出Vpv計(jì)算如下：
　　VPV_MIN = 16 V（MPPT運(yùn)行時(shí)，Vpv保持高于VPV_MIN）VPV_MIN 的 ADC 輸入電壓 = 16 * 0.2444 = 3.91 V3.91V 的 ADC 計(jì)數(shù) = (1024/5) * 3.91 = 801VPV_MIN 計(jì)算
　　VPV_MIN計(jì)算如下：
　　VPV_MIN = 16 V（MPPT運(yùn)行時(shí)，Vpv保持高于VPV_MIN）VPV_MIN 的 ADC 輸入電壓 = 16 * 0.2444 = 3.91 V3.91V 的 ADC 計(jì)數(shù) = (1024/5) * 3.91 = 801ipv計(jì)算
　　太陽(yáng)能電池板輸出電流Ipv計(jì)算如下：
　　最大功率點(diǎn)的面板功率 = 30 W
　　最大功率點(diǎn)電流 = 30/17.5 = 1.714 A
　　當(dāng)所有陣列 A1 至 A9 均開啟時(shí)，通過(guò)每個(gè)陣列的電流 = 1.714/9 = 0.19 A10 Ω 電阻 R1 上的壓降 = 10 * 0.19 = 1.9 V0.19 安培的 ADC 計(jì)數(shù) = (1024/5) * 1.9 = 390 計(jì)數(shù)功率計(jì)算
　　最后，功率計(jì)算如下：
　　讀取 ADC0 → 計(jì)數(shù) V PVS
　　讀取 ADC1 → 計(jì)算 I PV1
　　PV_POWER_32 = ADC0 * ADC1 * n
　　PV_POWER = PV_POWER_32 / 64 （右移 6 位）一組陣列開啟時(shí)產(chǎn)生的光伏電量 = 876 * 390 = 341640 計(jì)數(shù)9個(gè)陣列開啟時(shí)產(chǎn)生的PV功率（30W）= 341640 * 9 = 3074760計(jì)數(shù)為了將分辨率限制為 16 位，計(jì)數(shù)除以 64：
　　計(jì)算 30 W -> 3074760 / 64 = 48043.125
　　計(jì)數(shù) 1 W -> 48043/ 30 = 1601.4375 計(jì)數(shù)或約 1600流程圖　　圖7、圖8、圖9和圖10給出了嵌入式固件開發(fā)所需的流程圖。上電時(shí)，算法初始化定時(shí)器、端口、模式并啟用定時(shí)器中斷。該算法在定時(shí)器中斷服務(wù)程序內(nèi)執(zhí)行。

　　圖 7初始化流程圖，其中在加電時(shí)，算法初始化定時(shí)器、端口、模式并啟用定時(shí)器中斷。

　　圖 8執(zhí)行算法的中斷服務(wù)例程的一部分。

　　圖 9執(zhí)行算法的中斷服務(wù)例程的其余部分。

　　圖 10兩個(gè)電源均存在時(shí)運(yùn)行的 MPPT 流程圖。
　　制造和測(cè)試
　　LED 燈金屬芯 PCB (MCPCB) 安裝在三個(gè)鋁通道上。鋁通道吸收這些 PCB 產(chǎn)生的熱量并提供結(jié)構(gòu)支撐?？刂破?PCB 安裝在 LED 陣列的背面?；旌蠠舻墓ぷ髑闆r如圖 11和圖 12所示的照片所示，其中燈分別以 100% 太陽(yáng)能和 100% 主電源工作。將燈放置在鏡子前以檢查 LED 陣列的光輸出。同時(shí)，我們可以看到 PCB 和 LED 指示燈。從這兩張圖可以清楚地看到，無(wú)論陣列是太陽(yáng)能供電還是市電供電，我們都會(huì)得到相同的光輸出。
　　為了捕捉當(dāng)太陽(yáng)能變化且 MPPT 算法運(yùn)行時(shí)燈的動(dòng)態(tài)工作情況，請(qǐng)參見下面的視頻。
　　視頻播放器
　　00:00
　　00:18
　　在此視頻中，我們能夠看到鏡子中的 LED 陣列光輸出，并觀察 LED 指示燈依次從綠色變?yōu)榧t色，反之亦然。在這種情況下，太陽(yáng)能電池板在陽(yáng)光下旋轉(zhuǎn)以改變產(chǎn)生的光伏發(fā)電。該視頻證實(shí)了 MPPT 算法正常工作，因?yàn)楫?dāng)太陽(yáng)能功率變化較大時(shí)，LED 陣列可提供恒定的光輸出。一顆綠色 LED 亮起，意味著 11% 的能量來(lái)自太陽(yáng)能。因此，根據(jù)亮起的綠色 LED 的數(shù)量，我們可以計(jì)算出主電源負(fù)載減少的百分比。
　　當(dāng)整個(gè)陣列使用太陽(yáng)能供電時(shí)，我們可以將連接到適配器備用輸入的數(shù)字輸出線設(shè)為高電平（參見圖 1）。從而，減少了適配器在空載情況下消耗的功率。請(qǐng)注意，當(dāng)前代碼中尚未實(shí)現(xiàn)此功能。
　　電源ASIC設(shè)計(jì)
　　通過(guò)設(shè)計(jì)專用電源ASIC可以降低硬件復(fù)雜度。所提出的 ASIC 的主要特點(diǎn)如下：
　　LED驅(qū)動(dòng)電路數(shù)量：16
　　驅(qū)動(dòng)器最大額定電壓：50 V
　　每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的最大額定電流：0.5 A
　　穩(wěn)壓控制電源：5V、1A
　　傳感電路：Vpvs、Ipv1、VM
　　500W燈具的設(shè)計(jì)
　　基于此處給出的混合燈設(shè)計(jì)，可以設(shè)計(jì)更大的照明燈具。這里給出了此類系統(tǒng)的示例，該系統(tǒng)使用單個(gè) 500 Wp 太陽(yáng)能電池板。擬議設(shè)計(jì)的高級(jí)細(xì)節(jié)如下：
　　光伏板規(guī)格：500 Wp，Vmp = 35 V，Imp = 14.2 ALED 燈額定功率：11 瓦（11 個(gè)白色 LED 串聯(lián)）燈數(shù)量：64 個(gè)（8 x 8 陣列）
　　所需 ASIC 數(shù)量：4