太陽能日光燈用電源供電的備用燈

    簡單、可靠且成本低廉的太陽能日光燈 (SDL) 有助于減少每月的電費(fèi)。SDL 沒有任何儲能元件，在陰天時會受到光照強(qiáng)度頻繁變化的影響。此外，日落后需要備用燈。使用建筑物中的主電源，可以提供備用照明。這是一個簡單且低成本的選擇。這里提出兩種類型的備份系統(tǒng)：
    1) 基于繼電器的開/關(guān)備用照明系統(tǒng)。
    2) 基于 PWM 的強(qiáng)度控制備用照明系統(tǒng)。
    使用 4 個光伏面板的 SDL 在文章“太陽能日光燈設(shè)計(jì)提供低成本照明解決方案，第 1 部分”[1] 中有所描述。根據(jù)陽光強(qiáng)度，串聯(lián)連接的 4 個光伏面板的電壓 Vpv 在 60 V 到 70 V 之間變化，功率輸出在 4 到 40 W 之間變化。光伏功率的這種變化極大地改變了 LED 光強(qiáng)度。為了克服這個問題，備份系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下。
    開/關(guān)備份系統(tǒng)

    由主電源供電的備用燈安裝在 SDL 附近或同一外殼中。這些燈根據(jù)用戶設(shè)置的 SDL 光強(qiáng)度級別運(yùn)行。倒車燈接線圖如圖1所示。

    圖1倒車燈接線圖。

    倒車燈通過手動開/關(guān)開關(guān)和固態(tài)繼電器 (SSR) 連接到主電源。一個小型 AC-DC 轉(zhuǎn)換器連接到電源以獲得控制電源（Vcc = 5V，幾毫安）。

    圖 2顯示了電路圖。它由在 4 個串聯(lián)的 PV 面板上工作的太陽能日光燈組成。每個面板產(chǎn)生 17.5 V。使用光耦合器 IC1 (MCT2E) 檢測電壓 Vpv。為了限制流過IC1光電二極管的電流，串聯(lián)了限流電阻R1、R2、R3（POT）和兩個齊納二極管ZD1、ZD2。Pot R3 供用戶設(shè)置所需的 SDL 光強(qiáng)度，在該強(qiáng)度下倒車燈應(yīng)打開。
    圖 2使用 SSR 的 ON/OFF 備份電路的電路圖。
    在 Vpv = 70 V 時：
    光電二極管電流 = (Vpv – ZD1-ZD2-Vd) / (R1 + R2 + R3) = 1.46 mA
    光電二極管電流 = (Vpv – ZD1-ZD2-Vd) / (R1 + R2) = 4.77 mA
    光電二極管的額定正向電流為 20 mA。因此，電流完全在額定值范圍內(nèi)，并且處于光電二極管特性的相當(dāng)線性的區(qū)域。
    電阻器 R4 連接到光電晶體管的發(fā)射極（引腳 4）。使用 IC2 (LM393) 的比較器 CMP1 檢測發(fā)射極電壓。發(fā)射極連接到 CMP1 的反相輸入。使用 R5 和 R6 分壓器將非反相輸入保持在 Vcc/2。當(dāng)發(fā)射極電壓降低到低于 Vcc/2 時，CMP1 輸出變高。連接在輸出端（引腳 1）的 SSR 打開。
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    為了減少 SSR 的抖動，必須引入遲滯。當(dāng) SSR 開啟時，Pin1 的電壓被鉗位到大約 3 V。因此，Pin 1 不能產(chǎn)生有效的遲滯。為此，使用了 CMP2。CMP2 的 INV 引腳 6 保持在大約 2 V。當(dāng) Pin1 為高電平時，CMP2 在 Pin7 的輸出也為高電平 (5 V)。當(dāng) Pin1 變低時，CMP2 輸出也變低。電阻器 R12 在引腳 3 引入了所需的遲滯。我們可以為 Vpv 添加大容量電容器 C1 (10000 uF/ 100 V)。這將過濾掉 Vpv 的短期波動。然而，C1 增加了成本。如果遲滯消除了顫動，則 C1 可以可選。
    注意：光耦合器的電流傳輸比 (CTR) 因器件而異。這會影響 R4 的值。因此，建議為 R4 使用一個微調(diào)電位器，以設(shè)置所需的發(fā)射極電壓值。
    只要 SDL 光強(qiáng)度低于用戶設(shè)置的限制，這個簡單的電路就會提供良好的備用照明?？煽刂频牡管嚐魯?shù)量由SSR的額定電流決定。它可以在倉庫、辦公室接待處、洗手間等地方找到應(yīng)用。
    基于 PWM 的備份

    采用PWM信號的備份系統(tǒng)電路圖如圖3所示。

    圖 3基于 PWM 的備份電路圖。
    在此圖中，僅顯示了 PWM 信號生成。直到光耦合器 MCT2E 的 PV 接口電路與圖 2 所示相同。在該電路中，IC3 (LM3524) 用于 PWM 生成。該 IC 有一個內(nèi)部運(yùn)算放大器（引腳 1,2 和 9）。它使用 10kΩ 1% 電阻 R25、R26、R27 和 R28 配置為單位增益差分放大器。
    光電晶體管發(fā)射極通過R27連接到IC3的反相pin1。同相 pin2 通過 R25 連接到 Vcc。PWM由IC3的兩個輸出晶體管產(chǎn)生。這些晶體管的發(fā)射極 E A和 E B提供 PWM 輸出。當(dāng)光電晶體管發(fā)射極電壓為零時，PWM 信號具有 100% 的占空比。隨著光電晶體管發(fā)射極電壓的增加，PWM 占空比繼續(xù)降低。圖 4顯示了占空比隨發(fā)射極電壓的變化。
    該方案使用具有 PWM 控制輸入的調(diào)光燈。這些燈產(chǎn)生的光強(qiáng)度與 PWM 占空比成正比。隨著 SDL 強(qiáng)度降低，PWM 占空比增加，而后備燈強(qiáng)度增加。兩個燈強(qiáng)度的總和是恒定的。因此，無論日光條件如何，用戶始終可以確保恒定的光輸出。因此，該系統(tǒng)提供恒定的光，同時限度地節(jié)省電力。
    因此，所提出的備用照明系統(tǒng)消除了 SDL 的缺點(diǎn)，不需要昂貴的電池和維護(hù)。

    注意：PWM 信號必須分配給所有倒車燈。因此，需要為每盞燈使用一個光耦合器來隔離PWM信號。

    圖 4 PWM 占空比變化（黃色跡線）隨發(fā)射極電壓（藍(lán)色跡線）變化。
    使用以上兩種方案，無論日照條件如何，我們都可以為用戶提供有保證的光量。這將有助于在不影響性能的情況下限度地利用太陽能。此外，由于處于離網(wǎng)狀態(tài)，SDL 有助于減輕已經(jīng)不堪重負(fù)的電網(wǎng)的負(fù)載?？偠灾?，配備主電源備用系統(tǒng)的 SDL 為家庭、辦公室、公司、醫(yī)院、倉庫等提供低成本照明解決方案。