太阳能日光灯用电源供电的备用灯

    简单、可靠且成本低廉的太阳能日光灯 (SDL) 有助于减少每月的电费。SDL 没有任何储能元件，在阴天时会受到光照强度频繁变化的影响。此外，日落后需要备用灯。使用建筑物中的主电源，可以提供备用照明。这是一个简单且低成本的选择。这里提出两种类型的备份系统：
    1) 基于继电器的开/关备用照明系统。
    2) 基于 PWM 的强度控制备用照明系统。
    使用 4 个光伏面板的 SDL 在文章“太阳能日光灯设计提供低成本照明解决方案，第 1 部分”[1] 中有所描述。根据阳光强度，串联连接的 4 个光伏面板的电压 Vpv 在 60 V 到 70 V 之间变化，功率输出在 4 到 40 W 之间变化。光伏功率的这种变化极大地改变了 LED 光强度。为了克服这个问题，备份系统设计如下。
    开/关备份系统

    由主电源供电的备用灯安装在 SDL 附近或同一外壳中。这些灯根据用户设置的 SDL 光强度级别运行。倒车灯接线图如图1所示。

    图1倒车灯接线图。

    倒车灯通过手动开/关开关和固态继电器 (SSR) 连接到主电源。一个小型 AC-DC 转换器连接到电源以获得控制电源（Vcc = 5V，几毫安）。

    图 2显示了电路图。它由在 4 个串联的 PV 面板上工作的太阳能日光灯组成。每个面板产生 17.5 V。使用光耦合器 IC1 (MCT2E) 检测电压 Vpv。为了限制流过IC1光电二极管的电流，串联了限流电阻R1、R2、R3（POT）和两个齐纳二极管ZD1、ZD2。Pot R3 供用户设置所需的 SDL 光强度，在该强度下倒车灯应打开。
    图 2使用 SSR 的 ON/OFF 备份电路的电路图。
    在 Vpv = 70 V 时：
    光电二极管电流 = (Vpv – ZD1-ZD2-Vd) / (R1 + R2 + R3) = 1.46 mA
    光电二极管电流 = (Vpv – ZD1-ZD2-Vd) / (R1 + R2) = 4.77 mA
    光电二极管的额定正向电流为 20 mA。因此，电流完全在额定值范围内，并且处于光电二极管特性的相当线性的区域。
    电阻器 R4 连接到光电晶体管的发射极（引脚 4）。使用 IC2 (LM393) 的比较器 CMP1 检测发射极电压。发射极连接到 CMP1 的反相输入。使用 R5 和 R6 分压器将非反相输入保持在 Vcc/2。当发射极电压降低到低于 Vcc/2 时，CMP1 输出变高。连接在输出端（引脚 1）的 SSR 打开。
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    为了减少 SSR 的抖动，必须引入迟滞。当 SSR 开启时，Pin1 的电压被钳位到大约 3 V。因此，Pin 1 不能产生有效的迟滞。为此，使用了 CMP2。CMP2 的 INV 引脚 6 保持在大约 2 V。当 Pin1 为高电平时，CMP2 在 Pin7 的输出也为高电平 (5 V)。当 Pin1 变低时，CMP2 输出也变低。电阻器 R12 在引脚 3 引入了所需的迟滞。我们可以为 Vpv 添加大容量电容器 C1 (10000 uF/ 100 V)。这将过滤掉 Vpv 的短期波动。然而，C1 增加了成本。如果迟滞消除了颤动，则 C1 可以可选。
    注意：光耦合器的电流传输比 (CTR) 因器件而异。这会影响 R4 的值。因此，建议为 R4 使用一个微调电位器，以设置所需的发射极电压值。
    只要 SDL 光强度低于用户设置的限制，这个简单的电路就会提供良好的备用照明。可控制的倒车灯数量由SSR的额定电流决定。它可以在仓库、办公室接待处、洗手间等地方找到应用。
    基于 PWM 的备份

    采用PWM信号的备份系统电路图如图3所示。

    图 3基于 PWM 的备份电路图。
    在此图中，仅显示了 PWM 信号生成。直到光耦合器 MCT2E 的 PV 接口电路与图 2 所示相同。在该电路中，IC3 (LM3524) 用于 PWM 生成。该 IC 有一个内部运算放大器（引脚 1,2 和 9）。它使用 10kΩ 1% 电阻 R25、R26、R27 和 R28 配置为单位增益差分放大器。
    光电晶体管发射极通过R27连接到IC3的反相pin1。同相 pin2 通过 R25 连接到 Vcc。PWM由IC3的两个输出晶体管产生。这些晶体管的发射极 E A和 E B提供 PWM 输出。当光电晶体管发射极电压为零时，PWM 信号具有 100% 的占空比。随着光电晶体管发射极电压的增加，PWM 占空比继续降低。图 4显示了占空比随发射极电压的变化。
    该方案使用具有 PWM 控制输入的调光灯。这些灯产生的光强度与 PWM 占空比成正比。随着 SDL 强度降低，PWM 占空比增加，而后备灯强度增加。两个灯强度的总和是恒定的。因此，无论日光条件如何，用户始终可以确保恒定的光输出。因此，该系统提供恒定的光，同时限度地节省电力。
    因此，所提出的备用照明系统消除了 SDL 的缺点，不需要昂贵的电池和维护。

    注意：PWM 信号必须分配给所有倒车灯。因此，需要为每盏灯使用一个光耦合器来隔离PWM信号。

    图 4 PWM 占空比变化（黄色迹线）随发射极电压（蓝色迹线）变化。
    使用以上两种方案，无论日照条件如何，我们都可以为用户提供有保证的光量。这将有助于在不影响性能的情况下限度地利用太阳能。此外，由于处于离网状态，SDL 有助于减轻已经不堪重负的电网的负载。总而言之，配备主电源备用系统的 SDL 为家庭、办公室、公司、医院、仓库等提供低成本照明解决方案。