CN103347348A - 太阳能led路灯控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能LED路灯控制器，包括控制器、太阳能板、蓄电池和LED路灯，所述控制器分别与太阳能板、蓄电池及LED路灯连接，所述控制器包括防蓄电池反灌模块、功率跟踪控制模块、蓄电池反接模块、LED路灯功率控制模块和单片机控制模块，所述防蓄电池反灌模块分别与太阳能板、功率跟踪控制模块连接，所述功率跟踪控制模块分别与蓄电池反接模块、单片机控制模块连接，所述蓄电池反接模块与蓄电池连接，所述单片机控制模块与LED路灯功率控制模块连接，所述LED路灯功率控制模块与LED路灯连接。本发明能够提高能量接收效率、减少功率接收盲区、精确计算蓄电池电量、合理分配功率输出和降低成本。

Description

太阳能LED路灯控制器
技术领域
本发明涉及LED太阳能离网发电照明，具体涉及一种太阳能LED路灯控制器。 
背景技术
由于太阳能能量在全年四季不均衡，目前的LED路灯的实用状况是夏天过量夜间照明光源充足，冬天过少夜间光源持力不足甚至一些时日无光可输出，让民众对太阳能路灯的效果接收度很低。在倡导低碳节能的大环境下，如何让太阳能路灯作为持续可用并大众可接受程度是本控制器解决的目标。 
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能LED路灯控制器，能提高能量接收效率、减少功率接收盲区、精确计算蓄电池电量、合理分配功率输出和低成本。 
本发明所述的一种太阳能LED路灯控制器，包括控制器、太阳能板、蓄电池和LED路灯，所述控制器分别与太阳能板、蓄电池及LED路灯连接 
所述控制器包括防蓄电池反灌模块、功率跟踪控制模块、蓄电池反接模块、LED路灯功率控制模块和单片机控制模块，所述防蓄电池反灌模块分别与太阳能板、功率跟踪控制模块连接，所述功率跟踪控制模块分别与蓄电池反接模块、单片机控制模块连接，所述蓄电池反接模块与蓄电池连接，所述单片机控制模块与LED路灯功率控制模块连接，所述LED路灯功率控制模块与LED路灯连接。
所述太阳能板采用单晶硅，或多晶硅，或非晶硅制成。 
所述防蓄电池反灌模块包括场效晶体管Q1、二极管D1、三极管Q8、电阻R1和电阻R4，所述场效晶体管Q1的漏极分别与太阳能板正极和二极管D1的正极连接, 场效晶体管Q1的源极分别与二极管D1的负极和电阻R1和功率跟踪控制模块连接，电阻R1的另一端分别与场效晶体管Q1的栅极和三极管Q8的集电极连接，三极管Q8的射极与地连接，三极管Q8的基极与电阻R4连接，电阻R4的另一端与单片机控制模块连接。此防反灌模块摒弃了传统二极管防反灌方式，在充电过程中场效晶体管Q1导通状态电阻低于0.02欧姆，充电过程中较二极管方式在能量损耗减少60%至95%，在太阳能板功率点较低情况下损耗减小98%，同时提高了蓄电池可充电时间，大幅度提高了阴雨天的能量接收效率，为连续阴雨天亮灯提供了有力的保障。 
所述功率跟踪控制模块包括场效晶体管Q2、电阻R2、电阻R5、三极管Q4、Q9、Q5、二极管D2、电感L1，所述场效晶体管Q2的源极分别与所述防蓄电池反灌模块中场效晶体管Q1的源极、电阻R2的一端及三极管Q4的集电极连接，所述电阻R2和三极管Q4、Q9、Q5组成对场效晶体管Q2的推挽式驱动电路，三极管Q5的基极与电阻R5一端连接，电阻R5的另一端与单片机控制模块连接，场效晶体管Q2的漏极分别与二极管D2的负极和电感L1一端连接，电感L1的另一端分别与电容C6的正极及蓄电池反接模块连接。此太阳能最大功率跟踪模块通过程序控制追踪太阳能的最大功率点，实测太阳能接收效率达到95%。 
所述蓄电池反接模块包括场效晶体管Q11和电阻R3，所述场效晶体管Q11的栅极和电阻R3一端连接，电阻R3的另一端与蓄电池的正连接。此电路简单可靠，成本低，输入输出达到5安场效晶体管Q11压降低于0.05V,功耗0.25W,传统防反接使用二极管，电流达到5安固定压降0.8V，功耗4W。 
所述功率可调节LED路灯控制模块包括电阻R16、电阻R17、场效晶体管Q3、二极管D3、三极管Q6、Q7、Q10、电感L2、电容C5和单片机，所述电阻R16一端、场效晶体管Q3的源极分别与蓄电池正连接，电阻R16与三极管Q6、Q7、Q10组成推挽式MOSFET驱动，三极管Q7的基极与电阻R17一端连接，电阻R17的另一端与单片机13脚连接，场效晶体管Q3的漏极分别与电感L2的一端和二极管D3的负极连接，电感L2的另一端分别与电容C5和LED路灯连接。此功率可调节LED路灯控制模块可依靠单片机脉冲波形变功率调节LED路灯的能量输出，调节范围10%至100%，给单片机控制***提供能源节约合理使用的执行机构。 
所述单片机控制模块采用IC芯片PIC16F1783，其2，3脚与电阻R13、R14、R18、R19连接组成对太阳能电池板电压和蓄电池电压检测电路，其4、27脚与电阻R6、R15连接组成对蓄电池电流和LED路灯输出电流检测电路，12脚与电阻R4连接做防反灌控制，5脚与R5连接做电池板功率追踪控制，24脚与电阻R17连接做功率调节控制。此单片机控制模块含有防反灌算法、最大功率跟踪算法、能量分配算法 
本发明的有益效果：它能够在有太阳光照射时跟踪太阳能电池板的最大功率点，让蓄电池能够最大效率的接收太阳能，在无太阳光直射时此时太阳能电池板功率点比较低，0压差防反灌电路摒弃了传统防反接二极管的方式，利用MOSFET在打开时仅20毫欧电阻拓宽了蓄电池的充电范围，经实际测试与直接连线充电效果相当，保证了在冬天阴雨时间充电时间加长，在实际的选定时日测试中充电时间超过有二极管的时间的两倍以上，充电电流增加30%-40%。LED功率调节输出是按照蓄电池的电量计算输出智能调节，在电量不足时调节输出功率，目标是让LED路灯在连续20天阴雨情况下要有设定的10%设定功率的光源输出，有光就有安全感，有光就有希望，有光就可以照亮回家路。
附图说明
图1是本发明的电路框图； 
图2是本发明电路原理图；
图3是本发明单片机软件程序流程图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步详细说明： 
参见图1和图2，所述的一种太阳能LED路灯控制器，包括控制器、太阳能板6、蓄电池8和LED路灯7，所述控制器分别与太阳能板6、蓄电池8及LED路灯7连接
参见图1所述控制器包括防蓄电池反灌模块1、功率跟踪控制模块2、蓄电池反接模块3、LED路灯功率控制模块4和单片机控制模块5，所述防蓄电池反灌模块1分别与太阳能板、功率跟踪控制模块2连接，所述功率跟踪控制模块2分别与蓄电池反接模块3、单片机控制模块5连接，所述蓄电池反接模块3与蓄电池连接，所述单片机控制模块5与LED路灯功率控制模块4连接，所述LED路灯功率控制模块4与LED路灯7连接。
参见图2，所述防蓄电池反灌模块1包括场效晶体管Q1、二极管D1、三极管Q8、电阻R1和电阻R4，所述场效晶体管Q1的漏极分别与太阳能板正极和二极管D1的正极连接, 场效晶体管Q1的源极分别与二极管D1的负极和电阻R1和功率跟踪控制模块2连接，电阻R1的另一端分别与场效晶体管Q1的栅极和三极管Q8的集电极连接，三极管Q8的射极与地连接，三极管Q8的基极与电阻R4连接，电阻R4的另一端与单片机控制模块5连接。此防反灌模块摒弃了传统二极管防反灌方式，在充电过程中场效晶体管Q1导通状态电阻低于0.02欧姆，充电过程中较二极管方式在能量损耗减少60%至95%，在太阳能板功率点较低情况下损耗减小98%，同时提高了蓄电池可充电时间，大幅度提高了阴雨天的能量接收效率，为连续阴雨天亮灯提供了有力的保障。 
参见图2，所述功率跟踪控制模块2包括场效晶体管Q2、电阻R2、电阻R5、三极管Q4、Q9、Q5、二极管D2、电感L1，所述场效晶体管Q2的源极分别与所述防蓄电池反灌模块1中场效晶体管Q1的源极、电阻R2的一端及三极管Q4的集电极连接，所述电阻R2和三极管Q4、Q9、Q5组成对场效晶体管Q2的推挽式驱动电路，三极管Q5的基极与电阻R5一端连接，电阻R5的另一端与单片机控制模块5连接，场效晶体管Q2的漏极分别与二极管D2的负极和电感L1一端连接，电感L1的另一端分别与电容C6的正极及蓄电池反接模块3连接。此太阳能最大功率跟踪模块通过程序控制追踪太阳能的最大功率点，实测太阳能接收效率达到95%。 
参见图2，所述蓄电池反接模块3包括场效晶体管Q11和电阻R3，所述场效晶体管Q11的栅极和电阻R3一端连接，电阻R3的另一端与蓄电池的正连接。此电路简单可靠，成本低，输入输出达到5安场效晶体管Q11压降低于0.05V,功耗0.25W,传统防反接使用二极管，电流达到5安固定压降0.8V，功耗4W。 
参见图2，所述功率可调节LED路灯控制模块4包括电阻R16、电阻R17、场效晶体管Q3、二极管D3、三极管Q6、Q7、Q10、电感L2、电容C5和单片机，所述电阻R16一端、场效晶体管Q3的源极分别与蓄电池正连接，电阻R16与三极管Q6、Q7、Q10组成推挽式MOSFET驱动，三极管Q7的基极与电阻R17一端连接，电阻R17的另一端与单片机13脚连接，场效晶体管Q3的漏极分别与电感L2的一端和二极管D3的负极连接，电感L2的另一端分别与电容C5和LED路灯7连接。此功率可调节LED路灯控制模块可依靠单片机脉冲波形变功率调节LED路灯的能量输出，调节范围10%至100%，给单片机控制***提供能源节约合理使用的执行机构。 
参见图2，所述单片机控制模块5采用IC芯片PIC16F1783，其2，3脚与电阻R13、R14、R18、R19连接组成对太阳能电池板电压和蓄电池电压检测电路，其4、27脚与电阻R6、R15连接组成对蓄电池电流和LED路灯7输出电流检测电路，12脚与电阻R4连接做防反灌控制，5脚与R5连接做电池板功率追踪控制，24脚与电阻R17连接做功率调节控制。此单片机控制模块含有防反灌算法、最大功率跟踪算法、能量分配算法。 
本发明所述太阳能板采用单晶硅，或多晶硅，或非晶硅制成。 
参见图3程序采用实时循环检测控制模式，循环周期0.1毫秒。检测太阳能板电压是否达到可以充电的水平，若是，则关闭防蓄电池反灌模式，调用功率跟踪模块程序；若否，则判断是否达到黑夜的状态，根据设定功率、亮灯时间、蓄电池电量计算实际功率输出。 

Claims (8)

1.一种太阳能LED路灯控制器，包括控制器、太阳能板（6）、蓄电池（8）和LED路灯，所述控制器分别与太阳能板（6）、蓄电池（8）及LED路灯（7）连接。
2.其特征在于：所述控制器包括防蓄电池反灌模块（1）、功率跟踪控制模块（2）、蓄电池反接模块（3）、LED路灯功率控制模块（4）和单片机控制模块（5），所述防蓄电池反灌模块（1）分别与太阳能板（6）、功率跟踪控制模块（2）连接，所述功率跟踪控制模块（2）分别与蓄电池反接模块（3）、单片机控制模块（5）连接，所述蓄电池反接模块（3）与蓄电池连接，所述单片机控制模块（5）与LED路灯功率控制模块（4）连接，所述LED路灯功率控制模块（4）与LED路灯（7）连接。
3.根据权利要求1所述的太阳能LED路灯控制器，其特征在于：所述防蓄电池反灌模块（1）包括场效晶体管Q1、二极管D1、三极管Q8、电阻R1和电阻R4，所述场效晶体管Q1的漏极分别与太阳能板（6）正极和二极管D1的正极连接, 场效晶体管Q1的源极分别与二极管D1的负极和电阻R1和功率跟踪控制模块（2）连接，电阻R1的另一端分别与场效晶体管Q1的栅极和三极管Q8的集电极连接，三极管Q8的射极与地连接，三极管Q8的基极与电阻R4连接，电阻R4的另一端与单片机控制模块（5）连接。
4.根据权利要求1所述的太阳能LED路灯控制器，其特征在于：所述功率跟踪控制模块（2）包括场效晶体管Q2、电阻R2、电阻R5、三极管Q4、Q9、Q5、二极管D2、电感L1，所述场效晶体管Q2的源极分别与所述防蓄电池反灌模块（1）中场效晶体管Q1的源极、电阻R2的一端及三极管Q4的集电极连接，所述电阻R2和三极管Q4、Q9、Q5组成对场效晶体管Q2的推挽式驱动电路，三极管Q5的基极与电阻R5一端连接，电阻R5的另一端与单片机控制模块（5）连接，场效晶体管Q2的漏极分别与二极管D2的负极和电感L1一端连接，电感L1的另一端分别与电容C6的正极及蓄电池反接模块（3）连接。
5.根据权利要求1所述的太阳能LED路灯控制器，其特征在于：所述蓄电池反接模块（3）包括场效晶体管Q11和电阻R3，所述场效晶体管Q11的栅极和电阻R3一端连接，电阻R3的另一端与蓄电池的正连接。
6.根据权利要求1所述的太阳能LED路灯控制器，其特征在于：所述功率可调节LED路灯控制模块（4）包括电阻R16、电阻R17、场效晶体管Q3、二极管D3、三极管Q6、Q7、Q10、电感L2、电容C5和单片机，所述电阻R16一端、场效晶体管Q3的源极分别与蓄电池正连接，电阻R16与三极管Q6、Q7、Q10组成推挽式MOSFET驱动，三极管Q7的基极与电阻R17一端连接，电阻R17的另一端与单片机13脚连接，场效晶体管Q3的漏极分别与电感L2的一端和二极管D3的负极连接，电感L2的另一端分别与电容C5和LED路灯（7）连接。
7.根据权利要求1所述的太阳能LED路灯控制器，其特征在于：所述单片机控制模块（5）采用IC芯片PIC16F1783，其2，3脚与电阻R13、R14、R18、R19连接组成对太阳能电池板电压和蓄电池电压检测电路，其4、27脚与电阻R6、R15连接组成对蓄电池电流和LED路灯（7）输出电流检测电路，12脚与电阻R4连接做防反灌控制，5脚与R5连接做电池板功率追踪控制，24脚与电阻R17连接做功率调节控制。
8.根据权利要求1至6任一所述的太阳能LED路灯控制器，其特征在于：所述太阳能板（6）采用单晶硅，或多晶硅，或非晶硅制成。
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