一、教案头
本次课标题：太阳能升压草坪灯电路制作
授课班级光伏上课时间4课时上课地点理工南211
教学目标能力（技能）目标知识目标
能分析超级电容器特性；
能计算超级电容器容量；
能在光伏发电系统应用超级电容器；
单体电池的串联特性；
单体电池的并联特性；
单体电池串并联输出特性；
能力训练任务及案例【案例引导】
测试电路如下图6.13示，当LED1点亮时，测量LED1两端的电压。

并用示波器测量A、B、C、D四点的波形图。

L1
100µH
Q6
R6
1kΩ
Q2
C3
300pF
LED1
D2
VCC
1.5V
R1
2kΩ
C1
10µF
A
B
C
D
A点波形图
B点波形图
C点波形图
D点波形图
图6.13 太阳能升压草坪灯电路(multisim)
调试电路，发现提供1.5V的电源电压，可以驱动3V LED工作。

【项目任务】
制作太阳能草坪灯升压电路，电源电压1.5V，负载LED电压3V。

【预习练习】
1. 升压草坪灯电路中作为光感器件可以用光敏电阻或太阳能电池。

2. 太阳能草坪灯电路升压原理是BOOST电路。

【信息单】
太阳能草坪灯具有安全、节能、环保、安装方便等特点。

它主要利用太阳能电池的能源为草坪灯供电。

当白天太阳光照射在太阳能电池上时，太阳能电池将光能转变为电能并通过控制电路将电能存储在蓄电池中。

天黑后，蓄电池中的电能通过控制电路为草坪灯的LED光源供电第二天早晨天亮时，蓄电池停止为光源供电，草坪灯熄灭，太阳能电池继续为蓄电池充电，周而复始、循环工作。

太阳能草坪灯主要由太阳能电池组件、自
动控制电路、超高亮LED 灯(光源)、免维护可充电蓄电池及灯具外壳等构成太阳能草坪灯的控制电路就是通过外界光线的强弱让草坪灯按上述方式进行工作。

下面就介绍几款常用控制电路的构成和简要工作原理。

6.4.1以光敏电阻为光感器件的升压电路
一、电路结构
图6.14是早期的一款太阳能草坪灯控制电路。

是通过光敏电阻来检测光线的强弱。

当有太阳光时，太阳能电池产生的电能通过D 1为蓄电池DC 充电。

光敏电阻R 2也呈现低电阻值，使BG 2基极为低电平而截止。

D1
BG2
R31.2kΩ
R5100kΩ
L1100µH
C1
1µF
BG4
R6100kΩ
R72.2kΩ
C320µF
R11
500kΩ
Key=A 50 %R427kΩ
BG3
C2300pF
BG1
LED1
D2
R127kΩ
V22.4 V
太阳能电池
蓄电池
光敏电阻
图6.14 太阳能草坪灯电路1（multisim ）
2.电路工作原理
当晚上无光时，太阳能电池停止为蓄电池充电，D 1的设置阻止了蓄电池向太阳能电池反向放电。

同时，光敏电阻由低阻变为高阻值，BG 2导通，BG 1基极为低电平也导通，由BG 3、BG 4、C 2、R 5、L 等组成的直流升压电路得电工作，LED 发光。

直流升压电路实际上就是一个互补振荡电路，其工作过程是：当BG 1导通时电源通过L 、R 5、BG 2向C 2充电，由于C 2两端电压不能突变，使BG 3基极为高电平，BG 3不导通，随着C 2的充电其压降越来越高，BG 3基极电位越来越低，当低至BG 3导通电压时BG 3导通，BG 4随继导通，C 2通过BG 4放电，放电完毕BG 3、BG 4再次截止，电源再次向C 2充电，如此周而复始，电路形成振荡。

在振荡过程中，BG 4导通时电源经L 到地，电流经L 储能。

当BG4截止时，L 两端产生感应电动势，和电源电压叠加后驱动LED 发光。

为防止蓄电池过度放电，电路中增加R 4和BG 2构成过放保护，当电池电压低至2V 时，由于R 4的分压使BG 2不能导通，电路停止工作，蓄电池得到保护。

6.4.2以太阳能电池为光敏器件的升压电路
1.电路结构
图6.15是一款目前运用的较多的草坪灯控制电路，BG 3、BG 4,L 、C1和R 5组成互补
振荡升压电路，其工作原理与图2电路基本相同，只是电路供电和存储采用了1.2V的蓄电池。

BG1、BG2组成光控制开关电路，当太阳能电池上的电压低于0.9V时，BG1截止，BG2导通，BG3、BG4等构成的升压电路工作，LED发光。

当天亮时，太日能电池电压高于0.9V，BG1导通，BG2截止，BG3同时截止，电路停止振荡，LED不发光。

调整R2的阻值，可调整开关灯的起控点。

1.2 V D1
BG2
R4L1
BG4
C3
BG3
C1
LED1
R3
R7
BG1
R2
R1
图6.15 太阳能草坪灯电路2（multisim）
2.电路工作原理
当蓄电池电压降到0.7V～0.8V时，该电路将停止震荡。

有些设计者认为这是这款电路的优点，就是蓄电池电压降到0.7V草坪灯还能工作。

而对于1.2V的蓄电池来说，似乎已经有点过放电了，长期过放电必将影响蓄电池的使用寿命。

因此有些厂家在图4电路的基础上，做了一点改进，如图5所示。

即在BG3的发射极与电源正之间串入了一个二极管D2，由于D2的接入，使BG3进入放大区的电压叠加了0.2V左右，使得整个电路在蓄电池电压降到0.9-1.0V时停止工作。

通过改进的电路蓄电池的使用寿命可以延长一倍左右。

3.ANA6601F太阳能草坪灯电路
图6.13为一款由太阳能草坪灯专用集成电路（ANA6601F）以及外围元件构成的控制电路。

其内包含有充电电路、驱动电路、光敏控制电路和脉宽调制电路等。

该电路具有转换效率高(80～85％)；工作电压范围宽(0．9～1.4V)；输出电流在5～40mA可调等优点。

并具有良好的蓄电池过放电保护功能和低环境亮度开启功能。

各引脚功能为：1、2、3为蓄电池过放电保护控制端；4为电源地；5为启动端；6为电源正；7为脉宽调节端；8为输出端。

图6.16太阳能草坪灯电路3
【训练与提高】
参考电路图 6.14所示，选择适当的电路参数，制作一个蓄电池为 2.4V，驱动负载3.6VLED工作的太阳能升压电路。

【课后思考题】
1. 对照图6.14的太阳能草坪灯电路，分析电路的结构，并与BOOST基本电路进行对比，两电路有何区别。

参考资料廖东进.光伏发电系统集成与设计.北京.化学工业出版社.2013
王长贵.太阳能光伏发电使用技术.北京.化学工业出版社.2010
李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与维护.北京.人民邮电出版社.2010 二、教学设计
步骤教学内容教学方法教学手段学生活动时间分配
告知（教学内容、目的）电池方阵的排
序
简述、设问多媒体、课件问题回答8分钟
引入如何进行电池
方阵串并联，
考虑因素是什
么？其他应用（设
问）
多媒体、课件明确任
务，回答
问题
12分钟
子项目1 超级电容容量
计算
行动导向卡纸法、操作小组讨论
回答
40分钟
小组练习与总结超级电容容量
计算的方法和
步骤
教师讲述与学
生总结相结合
多媒体课件、提问10
子项目2 超级电容电路
案例实施行动导向卡纸法小组讨论
回答
20
小组练习与总结
电路测试与调试 教师讲述与学生总结相结合 卡纸法、多媒体课件
讨论 60
归纳总结 超级电容的应用与光伏系统 教师讲述与学生总结相结合 多媒体 课件 对提交答案点评
15分钟 作业 课外时间
后记
【预习练习】
1. Buck 电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值U o 总是小于输入电压U d 。

2. Buck 降压电路的输出电压、输入电压、占空比关系为：d DU U 0。

【课后思考题】 1. 简述Buck 降压电路的工作原理。

2. 简述Buck 中如何消除输出纹波电压。