基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器的制造方法

基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器的制造方法
【专利摘要】基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器，包括过充/过放保护电路，利用PWM技术通过分段多点监控法实现，充电控制电路，其控制方式为脉宽调制信号（PWM）调制恒流电流进行斩波输出向蓄电池充电，根据蓄电池剩余荷电容量（SOC）来确定充电方式。放电控制电路，要由一个POWERMOSFET管来控制蓄电池是否放电，当蓄电池10%<SOC<40%时，使用比较窄的PWM脉冲控制驱动电路驱动LED路灯，使路灯保持在亮度最低；利用此电路，能有效地保护蓄电池,防止过充、过放电现象的发生,还能快速、平稳地为蓄电池充电，有效、安全地放电。
【专利说明】基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及路灯控制系统，具体为基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器。
【背景技术】
[0002]智能太阳能路灯系统由太阳能电池板、蓄电池、灯杆、LED灯具、控制器(过充过放保护电路，光控、时控电路)等组成。白天太阳能电池板接受太阳辐射能并转化为电能输出，经过充电控制电路储存在蓄电池中；晚间当光线照度降低时，控制器使LED灯点亮，进行指示性照明。其中，蓄电池是太阳能LED路灯系统中混合动力系统的重要部分之一，因此它的剩余荷电容量(SOC)对系统的稳定性也有重大影响。蓄电池经常过放或过充，容易造成蓄电池寿命大大缩短。因此,开发一种针对此问题的控制电路非常必要。

【发明内容】

[0003]本实用新型所解决的技术问题在于提供基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器，以解决上述【背景技术】中的缺点。
[0004]本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0005]本实用新型针对蓄电池充放电稳定性问题，采用分段多点监控法去监控蓄电池剩余荷电容量(SOC)的充电/放电法，放电过程和控制器在充电过程中一样，分段多点监控，在不同的阶段用不同宽度的PWM信号输出控制，有效避免了过放。控制器检测到蓄电池充电或放电超出一定范围时，控制器切断充放电回路，保证电池不被损坏。
[0006]根据蓄电池剩余荷电容量(SOC)充放电数学模型和剩余荷电容量(SOC)与蓄电池循环寿命的关系，在设计太阳能LED路灯控制器的时候，采用以下控制方案，完全避免蓄电池过充和过放，并保证LED路灯以尽可能延长点亮的时间。在充电阶段为三段控制:第一段(10%〈S0C〈40%:)为快充阶段、第二段(40%〈S0C〈95%)慢充阶段；第三段(S0C>95%)浮充阶段。充电过程中逐渐减小脉宽调制信号(PWM)的宽度。在放电/驱动阶段分六段进行监控:(90%〈S0C〈100%)、(80%〈S0C〈90%)、(80%〈S0C〈70%)、(60%〈S0C〈70%)、(50%〈S0C〈60%)、(40%〈S0C〈50%)，对应各段计算出对应的脉宽调制信号(PWM)宽度来驱动LED路灯。在放电/驱动过程中逐段缩小PWM信号的宽度，保证足够亮度同时，以最长的点亮时间为控制目标。10%〈S0C〈40%时做特殊处理，以最低亮度标准(节能模式)的方式驱动LED路灯，并在到达过放点之前切断负载，可完全避免过放。
[0007]基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器，包括过充/过放保护电路，脉宽调制控制信号(PWM)发生器控制三极管Q2、Q3导通，稳压管Dl的作用，IRF4905管的栅源电压等于钳位电压，IRF4905管导通，太阳电池向蓄电池充电，反之，前两极三极管均截止VGS=OV,IRF4905管断开，太阳能电池不能向蓄电池充电；放电控制端给出高电平时，三极管S9013导通，NDB7060L输出高电平，IRF3205栅源电压为钳位电压，此时，MOSTET导通，蓄电池向负载供电，反之，放电控制端给出低电平时，三极管截止相当于开关处于断开状态，蓄电池不能向负载供电。
[0008]本实用新型中，稳压管与IRF4905管并联控制蓄电池充电。
[0009]本实用新型中，蓄电池与二极管D3并联防止蓄电池逆充。
[0010]本实用新型中，Q2、Q3组成电阻分压耦合与IRF4905管栅极连接。
[0011]本实用新型中，PWM信号通过电阻RlO与Q4极连接，漏极与NDB7060L连接。
[0012]本实用新型中，稳压管D5与IRF3205管连接，控制电池向负载供电。
[0013]有益效果:本实用新型可以有效的提高蓄电池的使用寿命，保障太阳能LED路灯系统的长周期稳定运行。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的充电电路原理图；
[0015]图2为本实用新型的放电电路原理图；
[0016]图3为本实用新型的控制器结构框图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
[0018]基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器，利用PWM脉冲调制控制保护技术，目的在于保护蓄电池，防止过充、过放现象的发生，快速、平稳地为蓄电池充电，有效安全地放电。包括充电控制电路和放电控制电路。电控制开关管，选用POWER MOSFET IRF4905。此管是P沟道的MOSFET管，具有小的导通电阻R0N=20mQ，最大通态电流ID = 74A (条件温度25°C，VGS= — 10V)，开关速度快，具有很好的开关性能，又因为此管为P沟道。设计太阳能电池电压采样电路和蓄电池电压采样电路时，把基准电压选在太阳能电池地端，使系统的可靠性大大提高。肖特基二极管防反充，蓄电池电压高于太阳能电池电压时，该二极管截止，防止蓄电池向太阳能电池反充电。D3是接的保护二极管，即当蓄电池反接时，D3向导通，电流很大，熔断丝即可烧断，电路断开，保护了控制器和蓄电池，提高了系统的可靠性。放电控制的开关管，选用 International Rectifier(IR)生产的 POWER MOSFET IRF3205,RF3205是N沟道的MOSFET管，具有小的导通电阻R0N=8m Ω，最大通态电流ID=IlOA (条件温度25°C，VGS=IOV) VDD=55V,开关速度快，具有很好的开关性能。
[0019]参见图1，基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器的充电电路原理图，由8254组成的脉宽调制控制信号(PWM)发生器给出充电的控制信号(PWM)，S9013的三极管导通，由于此三极管工作于射极输出状态，其发射极为高电平，Q2管导通，由于稳压管Dl作用，使得IRF4905管的栅源电压钳位在10V，IRF4905管导通，太阳能电池向蓄电池充电。反之，前两极三极管均截止VGS=OV, IRF4905管断开，太阳能电池不能向蓄电池充电。
[0020]参见图2，基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器的放电电路原理图，放电控制端给出高电平时，三极管S9013导通，NDB7060L输出高电平，IRF3205的栅源电压被钳位于10V，此时，MOSTET导通，蓄电池向负载供电，反之放电控制端给出低电平时，三极管截止相当于开关处于断开状态，蓄电池不能向负载供电。
[0021]参见图3，基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器的的控制器结构框图，其中电源、晶振和复位电路是必备，一般都是标准配置，但有时候根据不同的复位方式(外触发复位、上电复位)的不同，电路的设计上有所不同。单片机不仅仅是这一部分的主要部件，也是整个系统的核心部件；I/o接口部分(传感器采样与驱动部分)主要是完成相关传感器的采样，为控制逻辑提供控制参数和依据，另外的一部分就是驱动部分，分为上述的充/放电控制以及LED路灯的驱动与亮度调节。以上硬件和相关的固件程序的实现在以下部分进行详细的讨论和设计实现。以单片机为核心的太阳能路灯控制器的设计方案，系统以较少的按键实现了参数设置，基于PMW技术利用多点监控法对蓄电池进行充放电管理。该系统以STC12C5410AD单片机为核心，外围电路主要由电压采集电路，负载输出控制与检测电路，LED显示电路及键盘电路等部分组成，电压采集电路包括太阳能电池板和蓄电池电压采集，用于太阳光线强弱的识别以及蓄电池电压的获取，单片机的P3 口的两位作为键盘输入口，用于工作模式等参数的设置。
[0022]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器，包括过充/过放保护电路，其特征在于，脉宽调制控制信号(PWM)发生器控制三极管Q2、Q3导通，稳压管Dl的作用，IRF4905管的栅源电压等于钳位电压，IRF4905管导通，太阳电池向蓄电池充电，反之，前两极三极管均截止VGS=OV, IRF4905管断开，太阳能电池不能向蓄电池充电；放电控制端给出高电平时，三极管S9013导通，NDB7060L输出高电平，IRF3205栅源电压为钳位电压，此时，MOSTET导通，蓄电池向负载供电，反之，放电控制端给出低电平时，三极管截止相当于开关处于断开状态，蓄电池不能向负载供电。
2.根据权利要求1所述的基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器，其特征在于，稳压管与IRF4905管并联控制蓄电池充电。
3.根据权利要求1所述的基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器，其特征在于，蓄电池与二极管D3并联防止蓄电池逆充。
4.根据权利要求1所述的基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器，其特征在于，Q2、Q3组成电阻分压耦合与IRF4905管栅极连接。
5.根据权利要求1所述的基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器，其特征在于，PWM信号通过电阻RlO与Q4极连接，漏极与NDB7060L连接。
6.根据权利要求1所述的基于分段多点监控法的太阳能路灯控制器，其特征在于，稳压管D5与IRF3205管连接，控制电池向负载供电。
【文档编号】H05B37/02GK203761659SQ201420155542
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】彭兆加, 言萍, 史陈佛保 申请人:娄底市光能科技发展有限公司