CN103025003A - 太阳能led照明用控制驱动一体化装置 - Google Patents

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汪义旺
张波
顾才东
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Abstract

本发明公开了一种太阳能LED照明用控制驱动一体化装置，包括***装置与控制驱动一体化装置相连接；所述控制驱动一体化装置包括切换开关、双向DC/DC变换电路和控制***；所述切换开关的公共端与双向DC/DC变换电路一端相连接；双向DC/DC变换电路的另一端相与***装置的蓄电池相连接，双向DC/DC变换电路还连接有控制***，控制***的采样处理电路分别与恒流输出接口、光伏电池输入接口和蓄电池相连，恒流输出接口和光伏电池输入接口还与切换开关的切换端相连接。通过上述方式，本发明能够减小装置的体积和零部件，降低整体成本，增加***可靠性，大幅提高整机效率和灵活性。

Description

太阳能LED照明用控制驱动一体化装置
技术领域
本发明涉及半导体照明技术领域，特别是涉及一种太阳能LED照明用控制驱动一体化装置。
背景技术
太阳能是开发潜力巨大的绿色新能源，以太阳能综合开发利用为主的光伏发电技术活的了广泛应用。LED光源以其功耗低、寿命长、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染等诸多优点而备受关注，日渐朝着成为新一代照明光源的方向发展。结合二者的优点，将太阳能光伏发电技术应用到LED照明领域，特别是道路等功能性照明，构成的绿色照明***，节能减排，属于绿色环保产品具有广泛的应用市场前景。
在太阳能LED照明***中，光伏发电控制器和LED照明驱动电源是其关键核心设备。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驱动电源分体式的两套***组合而成，具有设计复杂、工作效率低、***成本高和可靠性差等缺点，影响着太阳能LED照明产品的推广和大规模应用。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种太阳能LED照明用控制驱动一体化装置，能够减小装置的体积和零部件，降低整体成本，增加***可靠性，大幅提高整机效率和灵活性。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种太阳能LED照明用控制驱动一体化装置，包括***装置与控制驱动一体化装置相连接；所述***装置包括蓄电池、恒流输出接口和光伏电池输入接口；所述控制驱动一体化装置包括切换开关、双向DC/DC变换电路和控制***，所述切换开关的公共端与双向DC/DC变换电路一端相连接；双向DC/DC变换电路的另一端相与***装置的蓄电池相连接，双向DC/DC变换电路还连接有控制***，控制***的采样处理电路分别与恒流输出接口、光伏电池输入接口和蓄电池相连，恒流输出接口和光伏电池输入接口还与切换开关的切换端相连接；
优选的是，所述控制***包括与控制芯片相连接的工作电源、时钟/外部存储电路、隔离驱动电路、通讯接口电路、采样处理电路和人机接口电路，所述控制芯片的I/O控制口连接着切换开关。
本发明的有益效果是：本发明太阳能LED照明用控制驱动一体化装置，能够减小装置的体积和零部件，降低整体成本，增加***可靠性，大幅提高整机效率和灵活性。
附图说明
图1是本发明太阳能LED照明用控制驱动一体化装置的结构示意图；
图2是本发明太阳能LED照明用控制驱动一体化装置的应用***组成的示意图；
图3是本发明太阳能LED照明用控制驱动一体化装置的主电路组成实例原理图；
图4是本发明太阳能LED照明用控制驱动一体化装置的控制***组成原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明较佳实施例进行详细阐述，以使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至图4，本发明实施例包括：
一种太阳能LED照明用控制驱动一体化装置，包括***装置与控制驱动一体化装置1相连接；所述***装置包括蓄电池2、恒流输出接口3和光伏电池输入接口4；所述控制驱动一体化装置1包括切换开关11、双向DC/DC变换电路12和控制***13，所述切换开关11的公共端与双向DC/DC变换电路12一端相连接；双向DC/DC变换电路12的另一端相与***装置的蓄电池2相连接，双向DC/DC变换电路12还连接有控制***13，控制***13的采样处理电路136分别与恒流输出接口3、光伏电池输入接口4和蓄电池相连，恒流输出接口3和光伏电池输入接口4还与切换开关11的切换端相连接；
所述控制***13包括与控制芯片131相连接的工作电源132、时钟/外部存储电路133、隔离驱动电路134、通讯接口电路135、采样处理电路136和人机接口电路137，所述控制芯片的I/O控制口连接着切换开关。
太阳能LED照明用控制驱动一体化装置的工作原理：通过采集恒流输出3的电流、电压、温度参数，判断装置的输出负载工作状态，决定负载是否正常工作，即当检测到电压为零时，判断为输出短路故障；当检测到温度灯具温度超过阈值时，判断为灯具过温，进行相应的保护；通过采集太阳能电池板的输入4的电压电流、光照度，判断是否有光照以及电池板的输出工作参数，并结合蓄电池2的电压电流、温度等参数信息，进行合理的蓄电池充电控制。同事，通过采集蓄电池2的电压电流、温度等参数信息，可以判断蓄电池的实时状态；
本装置加入太阳能电池5、LED光源负载6和市电互补输入7后组成一个完整的太阳能LED照明***，太阳能电池5或市电互补输入7的电能输入经过太阳能LED照明用控制驱动一体化装置1给蓄电池2存储电能，太阳能LED照明用控制驱动一体化装置1工作在充电模式下。蓄电池2的电能经太阳能LED照明用控制驱动一体化装置1向LED光源负载6恒流放电，太阳能LED照明用控制驱动一体化装置1工作在放电模式下。在工作过程中，如检测到故障发生，装置启动保护，太阳能LED照明用控制驱动一体化装置1将工作在故障隔离的保护模式下；
控制***的工作电源132为控制***提供5V的工作电源，与主控制芯片131和各模块的电源电路接口相连接；主控制芯片131由高性能的MCU组成；隔离驱动电路133与主控制芯片131的PWM输出信号相连，将控制信号放大后驱动控制变换电路12；时钟外部存储电路134通过SPI口与主控制芯片131相连，提供控制***的时钟RTC和作为外部存储使用；通信电路135通过EUSART口与主控制芯片131相连，实现远程通信连接；采集模块136一端与采集电路接口连接，一端与主控制芯片131ADC接口相连；人机接口模块137包括LED显示和按键输入量部分，分别于主控制芯片131的IO连接，提供控制***的人机对话通道；
图3中的具体主电路原理图，主电路原理的核心部分为双向DC/DC变换电路12，本实例给出的是一种改进的双向Boost/Buck电路。在充电工作模式下，切换控制开关11连接光伏电池电源输入接口，主开关管Q2导通时，光伏电池PV经Q2向L1、C1储能，同时向蓄电池2充电。主开关管Q2关断时，L1通过D1向蓄电池充电，同时C1向蓄电池放电。在放电模式下，切换控制开关11连接LED光源负载6，主开关管Q1导通时，蓄电池2向电感L1充电，电容C2向LED负载6供电，主开关管Q2关断时，蓄电池经L1、D2后向LED供电，同时给C2充电。在两种模式下，对开关管进行PWM控制，可以实现太阳能电池的MPPT充电控制和蓄电池的恒流放电控制。在控制***检测故障事件发生时，K1迅速断开，转换开关11切换到负载侧，开关管Q2驱动信号关闭，达到蓄电池、光伏电池、变换器和LED负载侧的快速电气隔离，减少故障的影响范围，保护太阳能LED照明***的关键核心设备。
本发明太阳能LED照明用控制驱动一体化装置，能够减小装置的体积和零部件，降低整体成本，增加***可靠性，大幅提高整机效率和灵活性。
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 (4)

1.一种太阳能LED照明用控制驱动一体化装置，其特征在于：包括***装置与控制驱动一体化装置相连接；所述***装置包括蓄电池、恒流输出接口和光伏电池输入接口；所述控制驱动一体化装置包括切换开关、双向DC/DC变换电路和控制***；所述切换开关的公共端与双向DC/DC变换电路一端相连接；双向DC/DC变换电路的另一端相与***装置的蓄电池相连接，双向DC/DC变换电路还连接有控制***，控制***的采样处理电路分别与恒流输出接口、光伏电池输入接口和蓄电池相连，恒流输出接口和光伏电池输入接口还与切换开关的切换端相连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能LED照明用控制驱动一体化装置，其特征在于：所述控制***包括与控制芯片相连接的工作电源、时钟/外部存储电路、隔离驱动电路、通讯接口电路、采样处理电路和人机接口电路，所述控制芯片的I/O控制口连接着切换开关。
3.根据权利要求1所述太阳能LED照明用控制驱动一体化装置，其特征是所述的主电路为一种改进的双向Boost/Buck电路，在充电工作模式下，主开关管Q2导通时，光伏电池PV经Q2向L1、C1储能，同时向蓄电池2充电，主开关管Q2关断时，L1通过D1向蓄电池充电，同时C1向蓄电池放电，在放电模式下，切换控制开关11连接LED光源负载6，主开关管Q1导通时，蓄电池2向电感L1充电，电容C2向LED负载6供电，主开关管Q2关断时，蓄电池经L1、D2后向LED供电，同时给C2充电，在两种模式下，对开关管进行PWM控制，可以实现太阳能电池的MPPT充电控制和蓄电池的恒流放电控制，在控制***检测故障事件发生时，K1迅速断开，转换开关11切换到负载侧，开关管Q2驱动信号关闭，达到蓄电池、光伏电池、变换器和LED负载侧的快速电气隔离，减少故障的影响范围，保护太阳能LED照明***的关键核心设备。
4. 根据权利要求1或3所述太阳能LED照明用控制驱动一体化装置，其特征是所述双向变换电路采用分时复用的工作模式，由控制***根据时间设定进行分时复用工作。
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