高效led太阳能灯具控制器的制作方法

文档序号:8084544阅读:373来源:国知局
专利名称:高效led太阳能灯具控制器的制作方法
技术领域
本实用新型涉及-"种高效LED太阳能灯具控制器,属电子技术领域。 背暴技术随着节能环保观念的深入和光伏技术的发展,太阳能照明系统越来越地应用到 街道、庭院、隧道等各个场合。LED作为一种绿色环保直流光源,以其寿命长、响 应速度快、低功耗等优点受到了人们的重视,被广泛用于太阳能照明系统中。控制器是LED太阳能灯具的"心脏",直接决定其工作效率和性能。目前,公 知的LED太阳能灯具控制器具有时控和光控功能,充电方式为直接充电,驱动方 式为直接驱动或脉冲驱动。直接充电方式在太阳能电池板电压高于蓄电池电压时, 将电池板与蓄电池直接相连;直接驱动利用蓄电池对LED太阳能灯具直接供电, 需要在电路中串联限流电阻,降低了系统效率;脉冲驱动利用LED的发光特性, 在电路中增加了 DC-DC变换器,以脉冲方式对LED太阳能灯具供电,减小了系统 损耗,并且能在其通过的平均电流与直流电流相同时获得更高的亮度。通常,太阳能电池板的输出功率与其端电压呈抛物线关系,并且随着光强和温 度而改变,而直接充电方式下,电池板端电压被蓄电池嵌位在12V左右,没有得到 最大限度的利用;为提高充电效率,需要在电池板和蓄电池之间加入DC-DC变换 器,根据实时的电池板功率特性曲线,控制其端电压,实现电池板的最大功率输出, 然而,由于电路和控制较复杂性、成本较高,现有的LED太阳能灯具控制器多未 采用。发明内容本实用新型旨在提出一种新型的高效LED太阳能灯具控制器,利用LED太 阳能灯具的供电时间和蓄电池充电时间的交错,分时复用同一个Buck-Boost双 向DC-DC变换器,同时实现太阳能电池板的最大功率输出和LED太阳能灯具 的脉冲式供电;另外,该控制器可以根据蓄电池容量和用户设定,自动调整LED 太阳能灯具发光亮度,实现系统的高效运行。本实用新型的目的是这样实现的 一种高效LED太阳能灯具控制器,包括 信号处理及AD采样电路、主电路、人机接口电路和微处理器,所述的信号处 理及AD采样电路将太阳能电池板和蓄电池的端电压信号、充电电流信号、放 电电流信号和温度信号调制后转换为数字信号送入微处理器;所述的主电路由 Buck-Boost双向DC-DC变换器和充放电切换回路组成,实现对蓄电池的充电和 对LED灯具的放电;所述的人机接口电路是控制器和用户的操作接口,响应用 户的操作信息;所述的微处理器负责整个系统的协调控制,包括充放电控制、 用户操作响应和系统保护。上述的信号处理及AD采样电路中的电流采样电路为分时复用电路;上述的 主电路中的Buck-Boost双向DC-DC变换器为分时复用电路。本实用新型的有益效果是1. 采用DC-DC变换器改变太阳能电池板端电压,对蓄电池进行充电,可以 提高太阳能电池板的利用率和系统的充电效率,从而延长LED太阳能灯具的供 电时间。2. 采用脉冲方式对LED太阳能灯具供电,可以在保持其亮度的基础上,降 低其损耗,达到节能的目的;根据蓄电池剩余容量和用户设定,动态调整LED 太阳能灯具亮度,可以延长蓄电池的供电时间,有效地保护蓄电池。3.分时复用同一个Buck-Boost双向DC-DC变换器和电流传感器,实现LED 太阳能灯具的充放电管理,提高了系统效率,减小了硬件成本。

图1为本实用新型的高效LED太阳能灯具结构图。图2为本实用新型的LED太阳能灯具控制器主电路原理图。图3为本实用新型的微处理器程序流程图。
具体实施方式
图1为高效LED太阳能灯具结构图。由太阳能电池板l、控制器2、蓄电池 3和LED灯具4组成。控制器2包括微处理器5、信号处理及AD采样电路6、 主电路7和人机接口电路8。太阳能电池板1、蓄电池3和LED灯具4都与控制器2相连。微处理器5作 为控制器2的核心,与信号处理及AD采样电路6、主电路7和人机接口电路8 分别相连。信号处理及AD采样电路6将太阳能电池板1和蓄电池3的端电压 信号、充电电流信号、LED灯具4中的电流信号和温度信号等调制后转换为数 字信号送入微处理器5。主电路7由Buck-Boost双向DC-DC变换器和充放电切 换回路组成,实现对蓄电池的充电和对LED灯具的放电。人机接口电路8是控 制器和用户的操作接口,响应用户的操作信息,如LED供电时间、供电亮度等。 微处理器5根据信号处理及AD采样电路6检测的数字信息判断当前系统运行 状况,若处于白天且可以正常充电,则控制主电路7对蓄电池进行充电,并且 根据太阳能电池板的输出功率和其端电压的变化关系,判断其是否处于最大功 率输出点,由判断结果变步长地改变DC-DC变换器的占空比,实现太阳能电池 板的最大功率充电;若处于黑夜,则控制主电路7将Buck-Boost双向DC-DC 变换器切换到放电回路对LED灯具供电,同时检测流过LED的电流,动态调整 DC-DC变换器的占空比,实现LED灯具的恒流控制,维持其亮度不变;同时, 微处理器5根据单位时间内蓄电池端电压的变化率,判断蓄电池的剩余容量,当剩余容量较低时,减小对LED灯具供电的DC-DC变换器的占空比,此时LED 亮度降低,耗电量降低;也可根据用户设定,控制LED灯具工作时间,并在设 定时间后,通过降低DC-DC变换器的占空比来降低LED灯具的亮度,延长蓄 电池的供电时间。图2为LED太阳能灯具控制器主电路原理图,是高效LED灯具控制器主电 路的一个设计实例。太阳能电池板的正负端PV+,PV-经过防反冲二极管Dl后,与由Mos管Q1,Q3, 电感L1组成的双向DC-DC Buck-Boost变换器相连,DC-DC变换器的另一端与 蓄电池正负端BAT+,BAT-相连,通过对Q1,Q3的通断控制实现太阳能电池板最 大功率输出控制;二极管D2和保险丝FUSE1构成了防蓄电池反接电路;LED 灯具的正负端LED+,LED-经过由Mos管Q2,Q3,电感LI组成的双向DC-DC Buck-Boost变换器与蓄电池正负端BAT+,BAT-相连,其中,Q3,L1为充放电分 时复用电路,充电时Q2关断,放电时Q1关断;C1,C2,C3为滤波电容;电流采 样线圈Saml和采样电阻R2构成了电流采样电路,此电路也是分时复用的,充 放电时分别釆样充电电流和放电电流,采样信号送入图1中的信号处理及AD 采样电路6;电阻R5,R7,R11,R12, R15,R16,三极管Q4,Q6构成了 Q2的驱动电路, Q2的通断由控制信号LEDconIN控制,控制信号LEDconIN来自微处理器;电 阻Rl为Q2的浪涌吸收电阻;D3为防Q2导通饱和的稳压二级管,可以加快 Q2的关断;同样,电阻R8,R10,R17,R18,R19,R20,三极管Q7,Q9构成了 Ql的驱 动电路,Ql的通断由控制信号ChargeIN控制,控制信号ChargeIN来自微处理 器;电阻R6为Q1的浪涌吸收电阻;D4为防Q1导通饱和的稳压二级管,可以 加快Q1的关断;电阻R3,R4,R9,R14三极管Q5,Q8构成了Q3的驱动电路,Q3 的通断由控制信号DisChargeIN控制,控制信号DisChargeIN来自微处理器;电阻R13为Q3的浪涌吸收电阻;D5为防Q3导通饱和的稳压二级管,可以加快 Q3的关断;充电时,微处理器通过控制信号ChargeIN和DisChargeIN控制Q1,Q3 的通断,实现太阳能电池板端电压,实现最大功率充电,此时LEDConIN为低 电平,Q2关断;放电时,微处理器通过控制信号LEDConIN和DisChargeIN控 制Q2,Q3的通断,实现LED灯具的脉冲式供电,此时ChargeIN为低电平,Ql 关断;图3为微处理器程序流程图,是高效LED灯具控制器微处理器软件流程的 一个设计实例。图3(W为整体程序流程图,由定义变量、初始化程序、清看门狗子程序、白 天处理子程序、夜晚处理子程序、空闲状态处理子程序和各种定时处理子程序 组成。其中,白天处理子程序实现白天蓄电池的充电控制;夜晚处理子程序实 现夜晚点亮LED灯具的控制;空闲状态处理子程序实现夜晚在LED灯具完成设 定时间照明后到白天这段时间的等待控制;各种定时处理子程序完成LED灯具 照明时间定时处理、其他时间定时处理等功能。图3(6)为白天子程序流程图,由AD采样子程序、最大功率充电控制子程序 和PWM输出子程序组成。其中AD采样子程序完成太阳能电池板端电压、蓄电 池端电压、充电电流、环境温度的采样;若满足充电条件(太阳能电池板端电 压高于蓄电池端电压),最大功率充电控制程序根据采样值计算太阳能电池板的 输出功率和其端电压的变化关系,判断其是否处于最大功率输出点,由判断结 果变步长地计算PWM的占空比;PWM输出程序则根据计算的占空比输出PWM 信号驱动Q1,Q3,实现太阳能电池板的最大功率充电。图3(c)为夜晚子程序流程图,由AD采样子程序、蓄电池剩余容量判断子程 序、用户设定判断子程序、定时器设定子程序、LED恒流输出控制子程序、PWM输出子程序和PWM关断子程序组成。AD采样子程序完成蓄电池端电压、放电 电流、环境温度的采样;蓄电池剩余容量判断子程序根据单位放电时间内蓄电 池端电压的变化率,判断蓄电池的剩余容量,当剩余容量较低时,减小对LED 灯具照明亮度降低系统耗电量;用户设定判断子程序判断用户设定的照明时间 和降低照明亮度时间;定时器设定子程序为实现规定时间的照明提供时间参考; LED恒流输出控制子程序根据放电电流采样值动态调整DC-DC变换器的PWM 导通占空比,维持放电电流恒定,保持LED灯具的照明亮度;PWM输出子程 序根据计算的占空比输出PWM信号驱动Q2,Q3;当规定照明时间到达时,由 PWM关断子程序关断PWM驱动信号,熄灭LED灯具。
权利要求1. 高效LED太阳能灯具控制器,包括以下部分信号处理及AD采样电路、主电路、人机接口电路和微处理器;其特征在于,所述的信号处理及AD采样电路将太阳能电池板和蓄电池的端电压信号、充电电流信号、放电电流信号和温度信号调制后转换为数字信号送入微处理器;所述的主电路由Buck-Boost双向DC-DC变换器和充放电切换回路组成,实现对蓄电池的充电和对LED灯具的放电;所述的人机接口电路是控制器和用户的操作接口,响应用户的操作信息;所述的微处理器负责整个系统的协调控制,包括充放电控制、用户操作响应和系统保护。
2、 根据权利要求1所述的高效LED太阳能灯具控制器,其特征在于,所述 的信号处理及AD采样电路中的电流采样电路为分时复用电路。
3、 根据权利要求1所述的高效LED太阳能灯具控制器,其特征在于,所述 的主电路中的Buck-Boost双向DC-DC变换器为分时复用电路。
专利摘要本实用新型公开了一种高效LED太阳能灯具控制器,包括以下部分信号处理及AD采样电路,负责将太阳能电池板和蓄电池的端电压信号、充电电流信号、放电电流信号和温度信号等调制后转换为数字信号送入微处理器;主电路,由分时复用的Buck-Boost双向DC-DC变换器、电流采样电路、功率管的驱动电路和充放电切换回路组成,实现对蓄电池的充电和对LED灯具的放电;人机接口电路,作为控制器和用户的操作接口,响应用户的操作信息;微处理器,负责整个系统的协调控制,包括最大功率充电控制、LED灯具脉冲放电控制、响应用户操作和系统保护。
文档编号H05B37/02GK201119070SQ20072012800
公开日2008年9月17日 申请日期2007年8月2日 优先权日2007年8月2日
发明者飞 王, 华 耿, 郭希铮 申请人:耿 华;郭希铮;王 飞
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