没有任何储能元件的 SDL 会遭受光强度频繁变化的影响。此外，日落后需要备份。这里给出了混合灯的设计。它使用太阳能光伏板和主电源并提供恒定的光输出。即使电池板输出下降至 10%，该设计也可以利用太阳能。按比例减少主电源上的负载。
　　新唐凭借其的电池监控芯片组解决方案推动电动汽车市场新唐凭借其的电池监控芯片组解决方案推动电动汽车市场2024年3月4日

　　所提出的混合灯的框图如图1所示。它由一系列 LED 灯组成：A1 至 A9。这些灯均由五个串联的 1 W 白色 LED 组成。这些 LED 使用 LED 驱动电路进行控制。

　　图 1 具有 9 个 LED 灯的混合灯设计框图，其中每个灯由 5 个串联连接的 1 W 白色 LED 组成，所有 LED 均使用 LED 驱动电路进行控制。
　　LED 使用 30 瓦峰值 (Wp) PV 面板以及适配器（AC-DC 转换器）供电，如图 1 所示。LED 驱动器通过 MCU 的 9 个数字输出 (DO) 引脚进行控制。太阳能电池板电压 Vpvs 使用分压器电路进行感测，并连接到 MCU 的 ADC 输入引脚。类似地，流过 LED 阵列 A1 的电流被感测并连接到另一个 ADC 引脚。适配器输出电压 VMF 使用分压器电路进行感测，并连接到 MCU 的数字输入 (DI) 引脚。这是一个数字信号，用于检测适配器电源是否可用。多一个 DO 引脚连接到“适配器待机模式”引脚，以减少当所有阵列均由太阳能电池板供电且适配器空载时适配器消耗的功率。
　　电路原理图

　　图2所示为电路图。适配器输出 VM 连接到电路的顶部（红色）导轨。经过二极管 D19 (1N5822) 后，电压 VMD 施加到电路上。同样，中间轨（黄色）连接到太阳能电池板输出 Vpv。经过二极管D20后，电压Vpvd被施加到电路。大滤波电容器 C2 (10000 ?F 35V) 连接在面板端子之间。该电容器将消除面板电压的突然变化，以便固件平稳运行。

　　图 2所提出的混合灯的电路图，其中适配器输出 VM 连接到电路的顶部（红色）导轨，太阳能电池板输出 Vpv 连接到中间导轨（黄色）。
　　详细显示了阵列 A1 的 LED 驱动电路。阵列 A1 由 5 个串联的白色 LED 组成。通过R1连接到接地端；10 Ω、2 W 电阻。R1 (Ipv1) 两端的电压降连接到 MCU IC3 ATMEGA 8 的 ADC1（引脚 24），如图3所示。A1 由两个 PNP 晶体管 T3 和 T4 (2N4033) 驱动。晶体管T3由MCU的数字输出PD0通过NPN晶体管T1（BC546）控制。PD0 信号使用 IC1 (74HCT04) 的非门反转。该信号驱动晶体管 T2，晶体管 T2 又驱动 T4。

　　当 PD0 为低电平时 → T3 关闭，T4 开启（A1 开启太阳能，绿色指示灯 LED2 开启）当 PD0 为高电平时 → T3 开启，T4 关闭（A1 开启市电，红色指示灯 LED1 开启）以同样的方式，其余阵列A2至A9通过它们各自的数字输出信号来控制。请注意，电阻器 R2 至 R9 连接至 LED 阵列的阳极。这样做是为了减少布线，因为单根地线连接到 A2 至 A9 LED 的所有阴极。

　　图3 MCU连接图。
　　MCU 和 LED 驱动电路由稳压器 IC4 (LM7805) 供电。其输入通过 D21、D22、R77 和 R78 连接到 VMD 和 Vpvd 电源轨。因此，太阳能或市电电源均可提供 5 伏电压。

　　图 4显示了所有数字输出的电路图。它包括两个 74HCT04 IC（IC1 和 IC2），用于反转总共 9 个数字输出信号。18 条输出线通过 18 个二极管 D1 至 D18 (1N4148) 连接到 LED 驱动电路。图 5显示了带有 LED 驱动电路和 MCU 接口的组装 PCB。

　　图 4所有数字输出的互连图，18 条输出线通过 18 个二极管（D1 至 D18）连接到 LED 驱动电路。

　　适配器（AC-DC转换器）选择

　显示原型中使用的适配器输出电压为 18 V。然而，理想情况下，为了匹配太阳能电池板功率 (Vmp) 时的电压，我们需要 17.5 V。串联一个二极管可以将电压降低约 0.7 V . 有一些适配器可以在 ±10% 容差范围内调节输出电压。使用这种类型的适配器，可以将输出电压设置为17.5V。
　30 Wp、2' x 2' 太阳能电池板（顶部）和 18V、3 A 适配器（底部）的照片。使用二极管将电压降低到接近理想的 17.5 V，以匹配太阳能电池板的 Vmp。
　　规格和计算
　　太阳能电池板规格如下：
　　额定功率 (P) = 30 Wp
　　功率时的电压 (Vmp) = 17.5 V
　　功率时的电流 (Imp) = 1.714 A
　　LED灯的计算如下：
　　白光 LED 的正向电压 = 3.12 V
　　通过阵列 A1 的电流 = [17.5 – (5 x 3.12)] / 10Ω = 0.19 A阵列 A1 消耗的功率 = 17.5 * 0.19 = 3.325 W9 个 LED 阵列消耗的功率 = 9 x 3.325 = 29.9 W算法

　　如前所述，混合灯从太阳能光伏电池板和适配器获取电力。如果两个电源均存在，则它会运行功率点跟踪 (MPPT) 算法以化太阳能。表 1显示了操作模式。

　　表 1混合灯的工作模式。如果两个电源均存在，设计将运行 MPPT 算法以化太阳能。
　　变量
　　以下是算法中使用的变量：
　　n：光伏供电的阵列数量（n = 9 初设置为处理全部太阳能）PV_POWER：从光伏电池板汲取的功率
　　PRESENT_MODE：当前操作模式
　　NEW_MODE：新的操作模式
　　PRESENT_MODE 和 NEW_MODE 允许的数值如下，其中 n 的有效值在每种模式的括号中指示：
　　0：太阳能日间灯模式（n = 9）
　　1：市电供电模式（n = 0）
　　2：MPPT（n从1到9变化）
　　常数
　　以下是算法中使用的常量：
　　POWER_MIN：功率值。如果 PV 功率 < POWER_MIN，则声明太阳能不存在。（POWER_MIN = 1 W 或 1600 计数）P_DELTA：该值用于产生滞后。（P_DELTA = 1 W 或 1600 计数）VPV_MIN：该值用于检查PV电源是否可用。如果 Vpv < VPV_MIN，PV 电源不可用。（16 V 或 ADC0 的 800 计数）数据
　　以下是算法使用的数据：
　　数组 P(n)：算法使用该数据来控制 LED 灯 A1 至 A9。表 2显示了 10 个功率级别定义的常量数组。

　　表 2为 10 个功率级别定义的常量数组。

　　ADC 详细信息
　　以下是 ADC 规格。计数 1024 对应于 ADC 引脚的 5 V 输入：
　　ADC 分辨率：10 位（1024 计数）
　　ADC 参考电压 = 5V
　　Vpv 计算
　　太阳能电池板输出Vpv计算如下：
　　VPV_MIN = 16 V（MPPT运行时，Vpv保持高于VPV_MIN）VPV_MIN 的 ADC 输入电压 = 16 * 0.2444 = 3.91 V3.91V 的 ADC 计数 = (1024/5) * 3.91 = 801VPV_MIN 计算
　　VPV_MIN计算如下：
　　VPV_MIN = 16 V（MPPT运行时，Vpv保持高于VPV_MIN）VPV_MIN 的 ADC 输入电压 = 16 * 0.2444 = 3.91 V3.91V 的 ADC 计数 = (1024/5) * 3.91 = 801ipv计算
　　太阳能电池板输出电流Ipv计算如下：
　　功率点的面板功率 = 30 W
　　功率点电流 = 30/17.5 = 1.714 A
　　当所有阵列 A1 至 A9 均开启时，通过每个阵列的电流 = 1.714/9 = 0.19 A10 Ω 电阻 R1 上的压降 = 10 * 0.19 = 1.9 V0.19 安培的 ADC 计数 = (1024/5) * 1.9 = 390 计数功率计算
　　，功率计算如下：
　　读取 ADC0 → 计数 V PVS
　　读取 ADC1 → 计算 I PV1
　　PV_POWER_32 = ADC0 * ADC1 * n
　　PV_POWER = PV_POWER_32 / 64 （右移 6 位）一组阵列开启时产生的光伏电量 = 876 * 390 = 341640 计数9个阵列开启时产生的PV功率（30W）= 341640 * 9 = 3074760计数为了将分辨率限制为 16 位，计数除以 64：
　　计算 30 W -> 3074760 / 64 = 48043.125
　　计数 1 W -> 48043/ 30 = 1601.4375 计数或约 1600流程图

　　图7、图8、图9和图10给出了嵌入式固件开发所需的流程图。上电时，算法初始化定时器、端口、模式并启用定时器中断。该算法在定时器中断服务程序内执行。

　　图 7初始化流程图，其中在加电时，算法初始化定时器、端口、模式并启用定时器中断。

　　图 8执行算法的中断服务例程的一部分。

　　图 9执行算法的中断服务例程的其余部分。

　　图 10两个电源均存在时运行的 MPPT 流程图。
　　制造和测试
　　LED 灯金属芯 PCB (MCPCB) 安装在三个铝通道上。铝通道吸收这些 PCB 产生的热量并提供结构支撑。控制器 PCB 安装在 LED 阵列的背面。混合灯的工作情况如图 11和图 12所示的照片所示，其中灯分别以 100% 太阳能和 100% 主电源工作。将灯放置在镜子前以检查 LED 阵列的光输出。同时，我们可以看到 PCB 和 LED 指示灯。从这两张图可以清楚地看到，无论阵列是太阳能供电还是市电供电，我们都会得到相同的光输出。
　　为了捕捉当太阳能变化且 MPPT 算法运行时灯的动态工作情况，请参见下面的视频。
　　视频播放器
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　　在此视频中，我们能够看到镜子中的 LED 阵列光输出，并观察 LED 指示灯依次从绿色变为红色，反之亦然。在这种情况下，太阳能电池板在阳光下旋转以改变产生的光伏发电。该视频证实了 MPPT 算法正常工作，因为当太阳能功率变化较大时，LED 阵列可提供恒定的光输出。一颗绿色 LED 亮起，意味着 11% 的能量来自太阳能。因此，根据亮起的绿色 LED 的数量，我们可以计算出主电源负载减少的百分比。
　　当整个阵列使用太阳能供电时，我们可以将连接到适配器备用输入的数字输出线设为高电平（参见图 1）。从而，减少了适配器在空载情况下消耗的功率。请注意，当前代码中尚未实现此功能。
　　电源ASIC设计
　　通过设计专用电源ASIC可以降低硬件复杂度。所提出的 ASIC 的主要特点如下：
　　LED驱动电路数量：16
　　驱动器额定电压：50 V
　　每个驱动器的额定电流：0.5 A
　　稳压控制电源：5V、1A
　　传感电路：Vpvs、Ipv1、VM
　　500W灯具的设计
　　基于此处给出的混合灯设计，可以设计更大的照明灯具。这里给出了此类系统的示例，该系统使用单个 500 Wp 太阳能电池板。拟议设计的细节如下：
　　光伏板规格：500 Wp，Vmp = 35 V，Imp = 14.2 ALED 灯额定功率：11 瓦（11 个白色 LED 串联）灯数量：64 个（8 x 8 阵列）
　　所需 ASIC 数量：4