CN102497003A - 用于太阳能光伏led照明的市电后备控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于太阳能光伏LED照明的市电后备控制装置，包括：输入端口、主回路、控制回路、输出端口，所述输入端口分别与交流220V工频市电、太阳能光伏电池、蓄电池相连接，所述控制回路检测蓄电池电压、市电输入电压、太阳能光伏电池电压电流及负载输出电压电流，输出声光报警。同时本发明还公开了一种采用所述控制装置的控制方法：控制单元检测实时时间RTC与设定的工作时间，检测各电压电流参数，并进行控制比较后，决定是否控制单元切换到市电后备互补供电、是否进行蓄电池充电以及是否进行报警等。通过上述方式，本发明实现了光伏LED照明的市电后备互补控制以及***工作过程中无法进行优化控制的技术问题。

Description

用于太阳能光伏LED照明的市电后备控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及电子信息控制领域，特别涉及一种用于太阳能光伏LED照明的市电后备控制装置及控制方法。

背景技术

太阳能光伏发电作为一种清洁无污染的新型可再生能源，具有诸多优点,应用越来越广，将逐步成为人类的重要基础能源之一。被称为***照明光源的LED具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，是继白炽灯、荧光灯之后的新一代电光源，被广泛应用于各种照明场合，被认为是21世纪最有价值的新光源，将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主导白光LED。太阳能光伏发电与白光LED照明结合构成的照明***是一个最优的环保节能照明***，是今后的一个重要发展方向。但由于太阳能光伏发电受光照等外部环境影响较大，如果将其作为单一的电源供给，将会影响其应用范围及工作的持续性和可靠性，将市电作为太阳能电池的备用电源使用，可以同时满足光伏LED照明***的可靠性和经济性，具有良好的开发和应用前景。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于太阳能光伏LED照明的市电后备控制装置，能够实现光伏LED照明的市电后备互补控制，同时还提供一种采用上述控制装置实现优化控制***工作过程的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于太阳能光伏LED照明的市电后备控制装置，包括：输入端口、主回路、控制回路、输出端口，所述输入端口分别与交流220V工频市电、太阳能光伏电池、蓄电池相连接，所述主回路将市电的交流输入转换成稳定的直流输出，送入所述输出端口，并对太阳能光伏电池和蓄电池进行充放电管理，所述控制回路包括微控制器单元、输入/输出ADC检测电路，所述控制回路检测蓄电池电压、市电输入电压、太阳能光伏电池电压电流及负载输出电压电流，并输出声光报警。

在本发明一个较佳实施例中，所述主回路包括AC/DC电路、切换电路、DC/DC转换电路、恒流驱动模块、充放电管理电路，所述切换电路的输入端与所述AC/DC电路的输出端及所述充放电管理电路的输出端相接，其输出端与所述DC/DC转换电路相接，所述的充放电管理电路与太阳能光伏电池输入端口、蓄电池输入端口、切换电路及驱动电路相接。

在本发明一个较佳实施例中，所述控制回路包括液晶显示及数据处理模块、LED显示及驱动电路、报警处理电路、按键电路和驱动电路。

在本发明一个较佳实施例中，所述液晶显示及数据处理模块显示光伏发电量、负载用电量及故障时间记录数据信息显示，并对检测电压/电流值与蓄电池额定电压/电流值进行比较。

在本发明一个较佳实施例中，所述LED显示及驱动电路包括8个工作状态指示LED，其中1个为光伏电池输入指示，1个为市电后备互补工作指示，1个为蓄电池充电状态指示，1个为过载指示，1个为正常工作运行指示，3个为所接输出路数指示。

在本发明一个较佳实施例中，所述微控制器单元包括主控制芯片MSP430F5438、EEPROM存储器和RTC时钟模块。

在本发明一个较佳实施例中，所述控制装置具有10个输出端口，每路输出端口可连接最高输出功率为10W的大功率LED光源。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种用于太阳能光伏LED照明的市电后备控制方法，其包括如下内容：

装置开始工作，微控制器单元检测实时时间RTC与设定的工作时间，当相符时，开始检测工作；

输入/输出ADC检测电路检测蓄电池电压、市电输入电压、太阳能光伏电池电压电流及负载输出电压电流；

液晶显示及数据处理模块计算各检测的电压电流值，与蓄电池额定电压电流值进行比较；并计算输出的测量温度值，当LED光源的工作温度高于80摄氏度时，立即关闭输出；

微控制器单元根据比较值决定是否切换到市电后备互补供电、是否进行蓄电池充电、是否进行报警、是否开启工作状态指示LED以及是否通过按键进行人工重启。

本发明的有益效果是：本发明实现了光伏LED照明的市电后备互补控制以及***工作过程中无法进行优化控制的技术问题。通过实时检测蓄电池的电压和光伏电池的输出，采取了有效的控制措施和方法，最大限度的保护和延长了蓄电池的使用寿命；通过实时检测市电的输入，可以及时的确保市电后备互补工作的可靠性；实时检测直流输出功率和LED光源的工作温度，并进行相应的保护，有效的延长了LED光源的工作时间和减少了LED 光源的光衰。装置输出采用多路设计，输出功率范围广，可满足不同工程应用的需要，从而保证了本发明的广泛应用场景。

附图说明

图1是本发明控制装置的***原理结构图；

图2是本发明的控制方法流程图；

附图中各部件的标记如下：1、控制装置，2、主回路，3、控制回路，4、输入端口，5、输出端口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种用于太阳能光伏LED照明的市电后备控制装置，包括：输入端口4、主回路2、控制回路3、输出端口5，所述输入端口4分别与交流220V工频市电、太阳能光伏电池、蓄电池相连接，所述主回路2将市电的交流输入转换成稳定的直流输出，送入所述输出端口5，并对太阳能光伏电池和蓄电池进行充放电管理，所述控制回路3包括微控制器单元、输入/输出ADC（Analog-to-digital Converter，模拟/数字转换器）检测电路、液晶显示及数据处理模块、LED显示及驱动电路、报警处理电路、驱动电路、按键电路，所述控制回路检测蓄电池电压、市电输入电压、太阳能光伏电池电压电流及负载输出电压电流，输出声光报警。

所述的输入ADC检测电路含市电输入侧的电压检测、太阳能光伏电池的输入电压电流检测、蓄电池的电压/电流检测。所述的输出ADC检测电路含各路输出的电压电流检测。所述的报警处理电路与蜂鸣器连接，可发出低压缺电间隔1秒或2秒的报警声。所述按键电路包括4个独立按键。

所述主回路3包括AC/DC电路、切换电路、DC/DC转换电路、恒流驱动模块、充放电管理电路，所述的AC/DC电路输入端连接市电输入端口1，输出端接切换电路，将市电的交流输入转换成稳定的直流输出，作为市电后备互补的输出端。所述的充放电管理电路与太阳能光伏电池输入端口2、蓄电池输入端口3、切换电路和驱动电路相连接，充放电电路将太阳能光伏电池的输入电能对蓄电池进行充电，并对蓄电池的电能进行放电管理。DC/DC转换电路输入侧连接切换电路的输出侧，输出侧连接恒流驱动模块，将切换电路输出的电能转换成恒流驱动模块所需的直流电压。所述的恒流驱动模块将DC/DC转换电路的直流输出转换成多路恒定的直流输出。

所述液晶显示及数据处理模块为一个128*64的点阵液晶显示器，与微控制器单元相接，显示光伏发电量、负载用电量及故障时间记录数据信息显示，并对检测电压/电流值与蓄电池额定电压/电流值进行比较，微控制器单元根据比较值自动切换到市电后备互补供电，实现了光伏LED照明的市电后备互补控制。

所述LED显示及驱动电路包括8个工作状态指示LED，其中1个为光伏电池输入指示，1个为市电后备互补工作指示，1个为蓄电池充电状态指示，1个为过载指示，1个为正常工作运行指示，3个为所接输出路数指示。使控制装置中各工作状态可视化，实现了***工作过程中的优化控制。

所述微控制器单元包括主控制芯片MSP430F5438、EEPROM（ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器）存储器和RTC（Real-Time Clock，实时时钟芯片）时钟模块。

所述控制装置具有10个输出端口，每路输出端口可连接最高输出功率为10W的大功率LED光源，由所述恒流驱动模块提供多路恒定的直流输出。

请查阅图2，采用上述控制装置的控制方法包括如下步骤：

在步骤1中，装置开始工作。具体的说，微控制器单元检测实时时间RTC与设定的工作时间，当相符时，开始检测工作，输入/输出ADC检测电路检测蓄电池电压、市电输入电压、太阳能光伏电池电压电流及负载输出电压电流；

接着在步骤2中，计算蓄电池电压测量值，并与蓄电池的额定电压值进行比较，如果测量值连续3次低于额定值的95%，微控制器单元切换到市电后备互补供电。如果市电故障或无输入，报警处理电路发出低压缺电间隔1s的报警音；如果测量值连续3次高于额定值的120%，微控制器单元切换到市电后备互补供电，待蓄电池电压下降至额定值的105%时，恢复蓄电池供电。如果市电故障或无输入，报警处理电路发出低压缺电间隔2s的报警音，市电互补供电时市电互补指示灯亮；

在步骤3中，计算太阳能光伏电池的输入电压测量值，当输入电压值高于蓄电池额定电压的200%时，给蓄电池充电，并充电状态指示灯亮，低于蓄电池额定电压值130%时停止充电，充电状态指示灯灭；

在步骤4中，计算输出电压电流测量值的乘积值，当测量的实际输出功率高于额定直流输出功率的110%连续120秒，关闭输出，再过60秒后自动重起。当直流输出达到或超过额定直流输出功率的150%，立即关闭输出，再过30秒后人工重起；

最后在步骤5中，计算输出的测量温度值，当LED光源的工作温度高于80摄氏度时，立即关闭输出。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于太阳能光伏LED照明的市电后备控制装置，其特征在于，包括：输入端口、主回路、控制回路、输出端口，所述输入端口分别与交流220V工频市电、太阳能光伏电池、蓄电池相连接，所述主回路将市电的交流输入转换成稳定的直流输出，送入所述输出端口，并对太阳能光伏电池和蓄电池进行充放电管理，所述控制回路包括微控制器单元、输入/输出ADC检测电路，所述控制回路检测蓄电池电压、市电输入电压、太阳能光伏电池电压电流及负载输出电压电流，并输出声光报警。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述主回路包括AC/DC电路、切换电路、DC/DC转换电路、恒流驱动模块、充放电管理电路，所述切换电路的输入端与所述AC/DC电路的输出端及所述充放电管理电路的输出端相接，其输出端与所述DC/DC转换电路相接，所述的充放电管理电路与太阳能光伏电池输入端口、蓄电池输入端口、切换电路及驱动电路相接。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制回路包括液晶显示及数据处理模块、LED显示及驱动电路、报警处理电路、按键电路和驱动电路。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述液晶显示及数据处理模块显示光伏发电量、负载用电量及故障时间记录数据信息显示，并对检测电压/电流值与蓄电池额定电压/电流值进行比较。

5.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述LED显示及驱动电路包括8个工作状态指示LED，其中1个为光伏电池输入指示，1个为市电后备互补工作指示，1个为蓄电池充电状态指示，1个为过载指示，1个为正常工作运行指示，3个为所接输出路数指示。

6.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述微控制器单元包括主控制芯片MSP430F5438、EEPROM存储器和RTC时钟模块。

7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置具有10个输出端口，每路输出端口可连接最高输出功率为10W的大功率LED光源。

8.一种基于权利要求1所述的用于太阳能光伏LED照明的市电后备控制方法，其包括如下内容：

装置开始工作，微控制器单元检测实时时间RTC与设定的工作时间，当相符时，开始检测工作；

输入/输出ADC检测电路检测蓄电池电压、市电输入电压、太阳能光伏电池电压电流及负载输出电压电流；

液晶显示及数据处理模块计算各检测的电压电流值，与蓄电池额定电压电流值进行比较；并计算输出的测量温度值，当LED光源的工作温度高于80摄氏度时，立即关闭输出；

微控制器单元根据比较值决定是否切换到市电后备互补供电、是否进行蓄电池充电、是否进行报警、是否开启工作状态指示LED以及是否通过按键进行人工重启。

Images