一种太阳能led照明装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体照明技术领域，特别是涉及一种太阳能LED照明装置。
【背景技术】
[0002]进入21世纪的人类面临的三大主要问题是能源、环境和经济，能源和经济问题日益成为制约社会经济发展的瓶颈，人类当前所使用的矿物能源日趋耗尽，环境污染日益严重，在严峻的能源替代形势和人类生态环境逐渐恶化的双重压力下，开发新能源成为世界各国关注的焦点，开发可再生而且不污染环境的清洁能源的任务已经迫在眉睫。
[0003]太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的无污染的洁净能源，已被公认为未来解决能源危机的最有效能源;LED灯具有寿命长、尚效节能、环保等优势。
[0004]太阳能照明技术目前还存在着效率较低、成本较高的问题，尤其是在单体式照明上，所以研发更节能、更高光效的新型LED光源是迫在眉睫。目前，市场上的太阳能LED照明产品，大多采用的是控制器和驱动电源的分体式设计结构，由光伏发电控制器和LED驱动电源模块的两套系统组合而成，这样会使得整体效率较低、集成度不高，同时具有设计复杂、工作效率低、系统成本高和可靠性差等缺点，针对以上不足，提出了一种基于数字控制双向同步整流的DC-DC变换器的系统方案，能降低系统的成本和提高整机电路转换效率，具有良好的工程应用价值。
【发明内容】
[0005]本实用新型主要解决的技术问题是太阳能LED照明系统存在着整体效率不高，本实用新型针对整体效率的问题，提供一种太阳能LED照明装置，基于数字控制的双向DC-DC太阳能LED照明装置，使得系统成本减小、系统集成度上升，从而提高整体电路的转换效率。
[0006]本实用新型的基本原理是主电路设计一款双向同步整流DC-DC变换器集合充放电功能来达到能量的双向流动:当DC-DC变换器正向运行时，充电环路采用Buck型拓扑结构，利用改进的传统扰动观察法进行最大功率点跟踪，引进MPPT功能来保证最大限度的提高光伏电池的输出能量，当DC-DC变换器反向运行时，放电环路采用Boost型拓扑结构，对LED负载恒压驱动，同时，使用传感模块采集的数据作为对比，提供系统的可靠性。另外，由于MOS管的内阻很低，本文采用MOS管去替换典型电路中的二极管，能大大降低其本身的损耗。系统设计基于单片机的数字控制，使用PIC16F887单片机为主控制芯片作为微处理器MCUjg有效的提高整体系统的集成度和可靠性，降低系统的体积、重量。
[0007 ] 一种太阳能LED照明装置，包括太阳能电池，蓄电池，单片机，双向DC-DC电路，放电模块，充电模块，LED负载，传感模块，双向DC-DC电路与放电模块、充电模块、蓄电池、单片机相连，充电模块与太阳能电池相连，放电模块与LED负载相连，单片机与传感模块相连。
[0008]双向DC-DC电路包括双向同步整流DC-DC变换器、二极管、单向开关组合，然后加上合理控制以达到能量的双向运动，起到集蓄电池充放电为一体的作用，提高整机系统的集成度和电路转换效率。
[0009]利用改进的传统扰动观察法进行最大功率点跟踪，引进MPPT功能来保证最大限度的提高光伏电池的输出能量。当DC-DC变换器反向运行时，放电环路采用Boost型拓扑结构，对LED负载恒压驱动。
[0010]双向DC-DC变换器的拓扑结构为非隔离型，拓扑结构采用双向Buck-Boost型变换器。
[0011]变换器电池两端的输出使用了LCL滤波器，可以更好的降低电池侧的纹波电流与纹波电压。
[0012]微控制器MCU选用是由美国Microchip公司设计生产的PIC16F887，它是PIC 16系列的一种低功耗、低成本的单片机，具有8级深的硬件堆栈、2路PffM直接输出通道、14路10位高速A/D转换器等特点，I/O 口功能强大，能够对采样电压进行实时分析，支持在线串行编程且使用方便快捷，完全满足控制系统的要求。高性能的PIC16F887单片机作为主要控制芯片，它控制着整个系统的充、放电管理模块。
[0013]Buck电路中的开关功率管选用MOSFET功率管，驱动电路使用栅极驱动芯片IR2103R2103芯片是IR公司开发的一种专门针对功率管驱动的芯片，并且它具有两种互相独立的高端与低端的输出通道。因此，只需要一个IR2103芯片就能够驱动两个MO S开关管。同时，IR2103芯片有自举供电作用，在无需使用额外隔离电源的状况下，可以很便捷的驱动较小功率的全桥电路。因而，选用IR2103芯片来驱动电路，使用简单方便，电路有较高的可靠性。
[0014]软件开发采用的是Microchip公司的MPLAB集成开发环境，用于PIC等系列数字信号控制器的开发应用。它是一个设计平台、项目管理器以及综合编辑器的集合体。MPLAB可以实现目标程序的模拟工作、源程序的编写以及动态过程的调试等功能。本文利用这种开发软件，编写C语言源代码，并由PIC16F887芯片来运行控制调试。
[0015]MPLAB提供开发代码源，但需要安装编译器后才能进行C语言的编译。XC 16是一种能提供所有器件、命令使用的编译器，免费版具有一定的代码优化功能。同时，还需要使用编程器或者在线编程调试器才能将XC 16编译的目标文件烧录至单片机中。而ICD3在线编程调试器是一种最新的高性价的仿真器，它对该公司出产的全部数字信号处理器均适合应用。ICD3与MPLAB的调试界面非常匹配，应用方便，可以完成快速的烧录与调试工作。
[0016]本实用新型的有益效果是:
[0017](I)本实用新型基于数字控制的双向DC-DC太阳能LED照明装置，使得系统成本减小、系统集成度上升，从而提高整体电路的转换效率；
[0018](2)系统控制器控制蓄电池的充电和放电过程，起到保护蓄电池的作用，蓄电池充放电采用最大功率点跟踪算法提升了太阳能电池板的光电转换效率，引进MPPT功能来保证最大限度的提高光伏电池的输出能量，有效避免了蓄电池过充和过放，延长了蓄电池的使用寿命；
[0019](3)由于MOS管的内阻很低，本文采用MOS管去替换典型电路中的二极管，能大大降低其本身的损耗，大幅度减少了蓄电池的电量消耗，提高了能源利用率；
[0020](4)使用PIC16F887单片机为主控制芯片作为微处理器MCU，能有效的提高整体系统的集成度和可靠性，降低系统的体积、重量。
【附图说明】
[0021 ]图1是太阳能LED照明装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型较佳实施例进行详细阐述，以使实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0023]如图1所示，一种太阳能LED照明装置，包括太阳能电池，蓄电池，单片机，双向DC-DC电路，放电模块，充电模块，LED负载，传感模块，双向DC-DC电路与放电模块、充电模块、蓄电池、单片机相连，充电模块与太阳能电池相连，放电模块与LED负载相连，单片机与传感模块相连。
[0024]双向DC-DC电路包括双向同步整流DC-DC变换器、二极管、单向开关组合，然后加上合理控制以达到能量的双向运动，起到集蓄电池充放电为一体的作用，提高整机系统的集成度和电路转换效率。
[0025]利用改进的传统扰动观察法进行最大功率点跟踪，引进MPPT功能来保证最大限度的提高光伏电池的输出能量。当DC-DC变换器反向运行时，放电环路采用Boost型拓扑结构，对LED负载恒压驱动。
[0026]双向DC-DC变换器的拓扑结构为非隔离型，拓扑结构采用双向Buck-Boost型变换器。
[0027]变换器电池两端的输出使用了LCL滤波器，可以更好的降低电池侧的纹波电流与纹波电压。
[0028]微控制器MCU选用是由美国Microchip公司设计生产的PIC16F887，它是PIC 16系列的一种低功耗、低成本的单片机，具有8级深的硬件堆栈、2路PffM直接输出通道、14路10位高速A/D转换器等特点，I/O 口功能强大，能够对采样电压进行实时分析，支持在线串行编程且使用方便快捷，完全满足控制系统的要求，PIC16F887单片机作为主要控制芯片，它控制着整个系统的充、放电管理模块。
[0029]Buck电路中的开关功率管选用MOSFET功率管，驱动电路使用栅极驱动芯片IR2103R2103芯片是IR公司开发的一种专门针对功率管驱动的芯片，并且它具有两种互相独立的高端与低端的输出通道。因此，只需要一个IR2103芯片就能够驱动两个MOS开关管。同时，IR2103芯片有自举供电作用，在无需使用额外隔离电源的状况下，可以很便捷的驱动较小功率的全桥电路。因而，选用IR2103芯片来驱动电路，使用简单方便，电路有较高的可靠性。
[0030]软件开发采用的是Microchip公司的MPLAB集成开发环境，用于PIC等系列数字信号控制器的开发应用。它是一个设计平台、项目管理器以及综合编辑器的集合体。MPLAB可以实现目标程序的模拟工作、源程序的编写以及动态过程的调试等功能。本文利用这种开发软件，编写C语言源代码，并由PIC16F887芯片来运行控制调试。
[0031 ] 本实用新型一种太阳能LED照明装置，基于数字控制的双向DC-DC太阳能LED照明装置，使得系统成本减小、系统集成度上升，从而提高整体电路的转换效率。
[0032]以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种太阳能LED照明装置，其特征在于:包括太阳能电池，蓄电池，单片机，双向DC-DC电路，放电模块，充电模块，LED负载，传感模块，双向DC-DC电路与放电模块、充电模块、蓄电池、单片机相连，充电模块与太阳能电池相连，放电模块与LED负载相连，单片机与传感模块相连，双向DC-DC电路包括双向DC-DC变换器、二极管、单向开关组合，双向DC-DC变换器的拓扑结构为非隔离型，变换器电池两端的输出使用了 LCL滤波器，Buck电路中的开关功率管选用MOSFET功率管，传感模块为光电传感，单片机型号为PIC16F887。2.根据权利要求1所述的一种太阳能LED照明装置，其特征在于:所述双向DC-DC变换器的拓扑结构采用双向Buck-Boost型变换器。3.根据权利要求1所述的一种太阳能LED照明装置，其特征在于:Buck电路中的驱动电路使用栅极驱动芯片IR2103芯片。
【专利摘要】本实用新型提供了一种太阳能LED照明装置，包括太阳能电池，蓄电池，单片机，双向DC-DC电路,放电模块，充电模块，LED负载，传感模块，双向DC-DC电路与放电模块、充电模块、蓄电池、单片机相连，充电模块与太阳能电池相连，放电模块与LED负载相连，单片机与传感模块相连，基于数字控制的双向DC-DC太阳能LED照明装置，使得系统成本减小、系统集成度上升，从而提高整体电路的转换效率。
【IPC分类】H05B33/08, H02J7/35
【公开号】CN205304367
【申请号】
【发明人】李力舟, 杨明
【申请人】杨明
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月6日