在世界能源短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，如何有效地利用清潔的太陽能正在成為各國可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略。目前，大部分照明設(shè)備仍以傳統(tǒng)能源來照明，所以充分利用太陽能作為照明設(shè)備的能源供給，在節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等方面具有重要意義。

為此，設(shè)計了具有太陽能供電功能的金鹵燈控制器。該控制器既具有金鹵燈電子鎮(zhèn)流器功能，又具有太陽能充電器功能。該控制器作為電子鎮(zhèn)流器，與傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器相比，具有功率因素高，運行穩(wěn)定，體積小等優(yōu)點。作為具有太陽能供電功能的控制器，根據(jù)設(shè)定，控制器白天控制太陽能充電系統(tǒng)對12 V／100 Ah蓄電池充電，晚上使金鹵燈工作。由于太陽能光伏板在自然環(huán)境下容易受到雷擊損壞，所以該控制器在設(shè)計時還兼顧了防雷擊的保護(hù)功能。

1 控制器整體結(jié)構(gòu)

該控制器采用微型封裝的C8051F920單片IC作為CPU，C8051F920作為一款高集成度（SoC），高速度（100 MIPS）的IC，其具有如下特點：

（1）高性能集成模擬外設(shè)。數(shù)據(jù)采集時一般可以免去外部模擬部件和系統(tǒng)校準(zhǔn)、多通道高速采樣，有利于節(jié)電設(shè)計。同時也可以省去外部時鐘器件。模擬信號布線已在片內(nèi)完成，所以可簡化PCB設(shè)計，改善系統(tǒng)的噪音性能。具有10位分辨率ADC，以及高精度的內(nèi)部振蕩器（1．5％）。

（2）外部通信接口。可通過軟件選擇UART，SM-Bus／12c，SPI之一作為串行通信接口，具有特殊串行接口USB 2．0，CAN 2．OB，16位和8位的復(fù)用和非復(fù)用并行數(shù)據(jù)總線。

（3）高性能數(shù)字I／O。具有計數(shù)器／定時器PCA模塊，I／O可實時動態(tài)配置。

該控制器的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

太陽能光伏板接入光伏信號處理電路，光伏電壓經(jīng)PWM充電控制電路送到12 V蓄電池內(nèi)。正常工作時，12 V蓄電池輸出電壓經(jīng)高頻平面變壓器次級感應(yīng)升壓、整流后到全橋電路。同時12 V輸出電壓與電壓變換電路相連接，向控制器其他電路供電。

全橋驅(qū)動電路與點火電路、金鹵燈相連。全橋驅(qū)動電路采用UBA2032芯片。當(dāng)金鹵燈發(fā)生短路時，全橋驅(qū)動短路可關(guān)閉全橋。鍵盤和顯示人機(jī)接口可對點火時間、方式、充電過壓保護(hù)范圍等進(jìn)行設(shè)定。升壓整流電路與開關(guān)控制電路相連，將輸入12 V升壓到60～120 V，供金鹵燈工作。

MCU監(jiān)控電路與PWM充電電路、電壓變換電路、全橋驅(qū)動電路、鍵盤和顯示人機(jī)接口相連，對12 V蓄電池的充放電、點火線圈、金鹵燈的啟動和穩(wěn)定運行及電路保護(hù)進(jìn)行控制。點火電路對升壓后的負(fù)電壓進(jìn)行整流并與點燈線圈一起形成10～20 kV的點燈電壓。信號檢測和轉(zhuǎn)換電路具有對12 V蓄電池的當(dāng)前電壓、電流、蓄電池充電電流、光伏信號處理電路的電壓進(jìn)行檢測的功能。

2．1 太陽能充電系統(tǒng)

該充電系統(tǒng)包括光伏信號處理電路、PWM充電控制電路。圖2為充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

光伏信號處理電路包括防信號反接電路、光伏電壓取樣電路和雷擊保護(hù)電路。其中，防信號反接電路可以阻止光伏信號反接輸入對控制器電路造成損壞。電壓取樣電路提供給C8051F920采樣后的光伏電壓信號。雷擊保護(hù)電路可以防止將天空中閃電、雷擊引入控制器而造成損壞。PWM充電控制電路將對蓄電池充電， MCU輸出的PWM信號用于驅(qū)動大功率MOS管，控制充電電壓的大小，以免造成對蓄電池的損壞。

2．2 電子鎮(zhèn)流器電路設(shè)計

升壓整流電路包括反激式升壓高頻平面變壓器和快恢復(fù)整流二極管及保護(hù)電路。高頻平面變壓器初級連接到電源的輸入端和功率MOS管，次級連接到整流二極管和保護(hù)電路。金鹵燈啟動時，次級提供400 V左右的直流電壓，該電壓經(jīng)三倍壓整流電路變換為1 200 V的直流電壓。正常工作時，變壓器的次級提供60～120 V直流電壓。升壓后的電壓信號經(jīng)過LM2902傳送至C8051F920，以實現(xiàn)電壓取樣檢測。