CN110323819A - 一种新型微光伏太阳能路灯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型微光伏太阳能路灯，包括光伏板、蓄电池组和LED模块，还包括数控全桥升降压电路、电源输入输出采样电路(5a)和处理器电路，光伏板通过数控全桥升降压电路与蓄电池组电连接，电源输入输出采样电路(5a)与光伏板和处理器电路电连接；所述电源输入输出采样电路(5a)用于对光伏板的输出电压和电流进行采样后输出到处理器电路中进行数据采集，处理器电路用于根据采集的数据计算MPPT最佳功率点并调整数控全桥升降压电路的输出充电电压，使光伏板以最大功率点向蓄电池组充电。通过数控全桥升降压电路把微电流进行收集升压，全部利用起来，可以有效提高光能转电能的效率。

Description

一种新型微光伏太阳能路灯
技术领域
本申请涉及到太阳能路灯技术领域，尤其涉及一种新型微光伏太阳能路灯。
背景技术
目前市场上的太阳能路灯产品，在阴雨、雾霾天气情况下，太阳能光伏板只能产生微弱电流，传统控制器无法进行能源转换对电池组进行充电，对太阳能光伏板产生的微电流部分是完全浪费无法利用的。如果出现连续长时间的阴雨天气，大部分厂家采取的措施是降低灯光亮度的方式来节约电池能源，如果超过20天以上的连续阴雨天气，电池储能会耗尽停止工作。当前端路灯停止工作或出现故障后，后端工作人员无法第一时间知道前端设备情况，传统的方式是通过人工巡检进行排查，维护滞后、排查工作量大。
现有技术中的缺陷：
1)现有的太阳能充电控制器实现不了微弱电流对电池组充电.
2)现有的路灯***不具备故障检测***,远程开关,远程亮度调节***。
发明内容
本申请的目的之一在于收集光伏板微弱电流，追踪光伏板最大功率点并以最大功率点向蓄电池组充电。
一种新型微光伏太阳能路灯，包括光伏板、蓄电池组和LED模块，其特征在于：还包括数控全桥升降压电路、电源输入输出采样电路(5a)和处理器电路，光伏板通过数控全桥升降压电路与蓄电池组电连接，电源输入输出采样电路(5a)与光伏板和处理器电路电连接；所述电源输入输出采样电路(5a)用于对光伏板的输出电压和电流进行采样后输出到处理器电路中进行数据采集，处理器电路用于根据采集的数据计算MPPT最佳功率点并调整数控全桥升降压电路的输出充电电压，使光伏板以最大功率点向蓄电池组充电。通过数控全桥升降压电路把微电流进行收集升压，全部利用起来，可以有效提高光能转电能的效率。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述新型微光伏太阳能路灯还包括与蓄电池组电连接的电源输入输出采样电路(5b)，电源输入输出采样电路(5b)与蓄电池组和处理器电路电连接，所述电源输入输出采样电路(5b)用于对蓄电池组的输出电压和电流进行采样并输出到处理器电路中进行数据采集；所述处理器电路用于根据采集的数据计算出蓄电池组的不同电压阶段，并通过采集的光伏板电压和电流数据使光伏板以不同的电流向不同电压阶段的蓄电池组进行充电。具体的说，处理器电路的ARM芯片U11读取电源输出采样电路和电流放大器电路的电压信号CPV_VIN、CPV_BAT和电流信号CPI_VIN、CPI_BAT，当电池电压没满时，启动数控全桥升降压电路对电池组进行充电，根据电池电压阶段在不同阶段电流范围内充电，同时计算光伏板输出功率，调整充电电压改变充电功率，在不超出电池参数的情况下，根据MPPT充电优化曲线，追踪最大功率点进行充电，实现MPPT控制功能。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述处理器电路还用于通过电源输入输出采样电路(5a)获取光伏板当前输出电压并产生PWM信号给数控调压驱动器电路，所述数控调压驱动器电路用于将PWM信号转换成直流电压控制信号并控制信号电压U，数控调压驱动器电路将直流电压控制信号输入到数控全桥升降压电路的电压反聩端，实现对数控全桥升降压电路的输出电压的可调。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述数控全桥升降压电路包括全桥升降压芯片U1，数控全桥升降压电路的VIN引线接入光伏板输出电压，通过全桥升降压芯片U1控制的4只N沟道场效应管Q1～Q4对光伏板输出电压进行调整，由VOUT引线输出到蓄电池组进行充电；其中，全桥升降压芯片U1具有输出电压反馈引脚，处理器电路产生PWM信号到数控调压控制器电路的DIV引线端，数控调压控制器电路中的阻容滤波电路将PWM信号转换成直流电压控制信号，控制信号电压U，并将直流电压控制信号输出到数控全桥升降压电路的反馈引脚，实现数控全桥升降压电路的输出电压的可调。
本申请的目的之二是实现路灯***的故障检测并进行故障上报，能够使工作人员第一时间得知故障情况，节省时间，提高工作效率。具体的，所述处理器电路还用于检测蓄电池组是否出现故障，所述处理器电路通过电源输入输出采样电路(5b)统计蓄电池固定电压范围内的放电电量，蓄电池组放电电量小于蓄电池标称容量时，则判断蓄电池组出现故障，在判断出蓄电池组出现故障后，处理器电路通过连接的通讯模块进行故障上报。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述新型微光伏太阳能路灯还包括与处理器电路电连接的光敏取样电路(7a)，所述光敏取样电路(7a)用于检测环境光照从而得到光敏输出电压，并将光敏输出电压输入到处理器电路的AD转换器中进行采集；处理器电路用于对光敏输出电压进行转换得到光敏数值，并对光敏数值计算得出环境光照并根据环境光照计算得出光伏板合理输出电压范围，与接收到的光伏板实际的输出电压进行对比，从而判断光伏板是否出现故障；在检测出光伏板出现故障后通过连接的通讯模块进行故障上报。并且，光敏采集到的环境光数据，和光伏板输出电压数据进行比对，也用于光控开关灯和自动亮度调节，避免意外的环境干扰光导致光控开关误动作。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述微光伏太阳能路灯还包括LED故障检测电路和LED驱动器电路，所述LED故障检测电路与LED驱动器电路电连接，LED驱动器电路用于连接驱动LED模块；所述LED故障检测电路用于通过LED驱动器电路对LED模块的工作电压进行采样，并将采样信号输入到处理器电路的AD转换器中进行数据采集，在控制LED模块为工作状态下处理器电路检测LED模块的工作电压范围是否在正常工作电压范围内，当LED模块的工作电压低于正常工作电压范围，则判断LED模块出现短路故障，当LED模块的灯珠工作电压等于蓄电池组电压，则判断LED模块出现开路故障。
本申请的目的之三在于能够远程控制LED的开关及LED亮度调节。具体的，所述处理器电路还通过光敏取样电路(7a)采集到的光敏数值进行调光和开关灯控制，其中，处理器电路输出PWM信号到LED调光驱动器电路，所述LED调光驱动器电路用于将PWM信号进行处理后输出调光驱动电压到LED驱动器电路中，对LED驱动器电路连接的LED模块进行调光和开关灯控制。
更进一步的，所述LED调光驱动器电路包括低功耗运算放大器U13以及由电阻R63、电阻R64和电容C64组成的阻容滤波电路；处理器电路输出的PWM信号到LED调光驱动器电路中，由LED调光驱动器电路中的阻容滤波电路将PWM信号转换成直流电压信号，控制信号电压U＝3.3V*占空比，控制信号输入到由低功耗运算放大器U13组成的电压跟随器中进行处理输出调光驱动电压到LED驱动器电路中，对LED驱动器电路连接的LED模块进行调光和开关灯控制。
作为本发明技术方案的进一步改进，还包括与处理器电路电连接的光敏取样电路(7b)，该光敏取样电路(7b)与光敏取样电路(7a)的安装位置不同，所述光敏取样电路(7b)用于检测环境光照并输出光敏输出电压到处理器电路中，处理器电路用于通过该光敏取样电路(7b)进行光照值修正。
本发明着重解决了传统太阳能路灯的两项技术瓶颈，1、传统太阳能路灯只能设定最小固定电流值对电池进行充电，当阴雨天气候条件时，太阳能光伏板只能转换很低的电流，而这部分电流传统产品是无法进行收集利用的，本发明采用全桥升压电路进行收集升压后可实现电池充能。
2、传统太阳能路灯当现故障后，运维人员无法及时发现，只能通过现场巡检排查的方式发现故障点位，然后进行维修。项目施安装时，由于环境照度不同很多灯需要调节现场照度，传统太阳能路灯只能通过遥控器现场进行调节，如果后期需要更改，仍然需要使用遥控器现场调节，很不方便。本发明采用故障检测模块和通讯模块，实现了灯体故障自动检测并通过通讯模块发送到后端统一管理平台，使得后端运维第一时间获得故障信息，同时明确故障部件。在施工过程中，也得以通过远程通信模块实现了全区域太阳能路灯平台集中管理，远程调整参数。
一种新型微光伏太阳能路灯，包括LED模块、光伏板、蓄电池组、通讯模块和智能控制***，多种可选配的通讯模块、可调节亮度的LED模块和可实现多种功能的智能控制***，智能控制***功能包括且不仅限于：可追踪光伏板最大功率点(MPPT)、可根据蓄电池状态进行多阶段充电控制、电池过充电过放电保护、可根据蓄电池电量自动调节LED亮度、可远程设置工作参数和多种工作模式、可检测设备故障并自动上传，所述智能控制***包括故障检测电路、3.3V供电电路、调光控制电路、MPPT控制电路、ARM处理器电路。
光伏板电压经过数控全桥升降压电路进行电压调整后，对蓄电池组进行充电；电源输入输出采样电路(包含在故障检测电路里)对光伏板输出电压和电流进行采样，输入到ARM的AD转换器进行数据采集，由ARM计算出MPPT最佳功率点，并调整数控全桥升降压电路的输出充电电压，从而调整充电功率，以最大功率点向电池组充电。
优选的，所述的一种新型微光伏太阳能路灯，还包括光敏电路、故障检测电路、ARM控制电路和通讯总线接口电路，在检测出故障后，ARM芯片U11通过33～39引脚，发送故障信息给通讯总线接口P1，通过通讯总线接口的通讯模块实现故障上报。
优选的，所述处理器电路判断光伏板是否故障的方法为：由光敏取样电路检测光敏输出电压，电源输入采样电路(包含在故障检测电路里)检测光伏板输出电压，输入到ARM的AD转换器进行数据采集，ARM通过光敏数值计算出环境光照，得出光伏板合理输出电压范围，对比光伏板实际的输出电压，判断光伏板是否出现故障。
优选的，所述处理器电路还检测电池组是否出现故障，方法为：由蓄电池组输出电压和电流的电源输入输出采样电路(包含在故障检测电路里)对电池电压和电流进行采样，输入到ARM的AD转换器进行数据采集，由ARM统计电池固定电压范围内的放电电量，当电池放电电量远小于电池标称容量，判断电池出现故障。
优选的，所述处理器电路还检测LED模块是否出现故障，方法为：由LED驱动输出电压采样电路(即指LED故障检测电路)(包含在故障检测电路里)对LED灯珠的工作电压进行采样，输入到ARM的AD转换器进行数据采集，在控制状态为开灯状态下检测LED灯珠的工作电压范围是否在正常工作电压范围内(固定数量的LED灯珠工作电压范围是比较恒定的)，在LED驱动器为降压恒流工作模式时，根据降压恒流电路工作特性，如果LED灯珠工作电压低于正常电压范围，则判断LED出现短路故障，如果LED灯珠工作电压等于电池组电压，则判断LED出现开路故障。
优选的，所述的数控全桥升降压电路，(1)全桥电路为4晶体管电路，(2)升降压电路的电压反馈通过运放比例放大处理，(2)运放的比例放大倍数由ARM输入直流电压信号控制。
电路由专用全桥升降压芯片U1：LTC3780、4只N沟道场效应管Q1～Q4、功率电感L1～L2、数控调压驱动器U4组成。光伏板输出电压，由数控全桥升降压电路图中的VIN引线输入，经过由LTC3780控制的4管全桥升降压电路进行电压调整，然后由VOUT引线输出到蓄电池进行充电。其中LTC3780的6脚为输出电压反馈引脚，由U4组成的电压控制的比例放大器对输出端VOUT电压进行比例调整后，输入到LTC3780电压反馈引脚6，实现输出电压在8V到16V之间可调，满足对11.1V锂电池组的充电电压需求；数控调压驱动器的DIV引线为电压调节端，由ARM芯片U11的56脚产生PWM信号，经R33、R35、C28组成的阻容滤波电路转换成直流电压控制信号，控制信号电压U＝3.3V*占空比。
优选的，所述的数控全桥升降压电路的输入端和输出端电流采样电路为高端电流采样，由U2、U3电流采样专用芯片INA213组成。优选的，所述的MPPT控制电路包数控全桥升降压电路、数控调压驱动器电路、电源输出输出采样电路、电流放大器电路和处理器模块。ARM芯片U11通过ADC引脚24～27脚读取电源输出采样电路和电流放大器电路的电压信号CPV_VIN、CPV_BAT电流信号CPI_VIN、CPI_BAT，当电池电压没满时，启动数控全桥升降压电路对电池组进行充电，根据电池电压阶段在不同阶段电流范围内充电，同时计算光伏板输出功率，调整充电电压改变充电功率，在不超出电池参数的情况下，根据MPPT充电优化曲线，追踪最大功率点进行充电，实现MPPT控制功能。
优选的，所述的处理器电路包括型号为STM32F103的ARM芯片U11。其中U11的33～39脚作为信号总线接口，外接通讯扩展模块进行故障上传和远程控制用途；U11的14、15脚为光敏电路AD采样接口，用来读取光敏值检测环境光照度，用于控制LED灯的照明开启和关闭；U11的20～23引脚为LED驱动器输出电压AD采样接口，用来读取LED故障检测电路输出的灯珠电压，检测LED故障；U11的24～27脚为光伏板和电池组的电压电流AD采样接口，用来读取电源输入输出采样电路CPV_VIN、CPV_BAT的信号和电流放大器电路的CPI_VIN、CPI_BAT信号，用于控制MPPT充电功能和光伏板、电池组故障检测。
优选的，所述3.3V稳压供电电路由U6：AMS1117-3.3、U7：XL1509-5.0组成的3.3V精密稳压供电电路，由光伏板和电池组通过D9、D11对U7进行供电，经过U7降压到5V后，输入到U6进行精密稳压到3.3V，用于3.3V供电线路的元件供电。
优选的，所述的一种新型微光伏太阳能路灯，所述LED模块使用多组可调亮度、可检测故障的LED驱动器电路，LED驱动恒流芯片为PT4115，通过芯片引脚3输入电压信号，控制开关灯和调光，当电压低于0.3V时关灯；由ARM芯片U11的43脚产生PWM信号，经R63、R64、C46组成的阻容滤波电路转换成直流电压控制信号，控制信号电压U＝3.3V*占空比，控制信号输入单运放U13组成的电压跟随器输出调光驱动电压到ADJ引线，对LED驱动电路进行调光和开关灯控制。故障检测电路为运放减法器组成的高端电压采样电路，通过减法器得出灯珠两端电压，根据电压范围检测故障。
优选的，所述LED模块为低功耗阵列式LED发光体或COB式LED发光体。
“本申请提出的新型微光伏太阳能路灯,就是解决在阴雨天气的弱光条件下,依然可以把光能转换成电能,保存到电池组中。本发明在现有的预警灯下，增加以下模块：智能控制***，光伏板模块，电池组模块。***结构如图1：1:光伏板：※负责把光能转电能。2:智能控制***：※实现升降压功能,并实现最大功率点自动追踪,给电池组充电.※实现网络接口功能,网络可以是光路/无线4G/5G/RS485/物联网协议LoRa/NB-IoT等。负责远程通信。※实现故障检测，如LED模块不发光，电池组故障等。※实现自动开关灯/远程开关灯/远程亮度调节/亮度自调节等功能。3:LED模块：※采用低功耗阵列式或COB式LED发光体，实现照明。本发明的关键点：1)微光下的产生的微弱电流对电池充电。2)在对电池充电中，采用最大功率点追踪技术。3)设备故障可以实现远程报警相对于现有技术，本申请的优点在于：
1)本申请的微光伏太阳能路灯能够追踪光伏板的最大功率点，使其以最大功率点为电池组进行充电；可以有效提高光能转电能的效率。
2)本申请能够实时检测光伏板、蓄电池组和LED模块是否出现故障，并在检测到故障后通过通讯模块进行故障上报；使得工作人员能够第一时间得知具体故障信息，提高维护效率。
3)本申请能够对LED模块进行调光和开关灯控制。
4)可以实现方便的安装，联网后实现快捷的运维管理，节约成本。
附图说明
图1是本申请实施例的新型微光伏太阳能路灯的原理框图；
图2是本申请实施例的处理器电路的电路原理图；
图3是本申请实施例的数控全桥升降压电路的电路原理图(a是整体电路原理图；由于图3电路图较大，为了使图3清楚可见，将图3分成两部分，a1是a的左半部分放大后的电路原理图，a2是a的右半部分放大后的电路原理图)；
图4是本申请实施例的数控调压驱动器电路的电路原理图；
图5是本申请实施例的电源输入输出采样电路的电路原理图(其中电源输入输出采样电路5a用于检测光伏板输出电压电流，电源输入输出采样电路5b用于检测蓄电池组输出电压电流)；
图6是本申请实施例的电流取样放大器电路的电路原理图(其中电流取样放大器电路6a用于放大电源输入输出采样电路5a的输出电流，电流取样放大器电路6b用于放大电源输入输出采样电路5b的输出电流)；
图7是本申请实施例的光敏取样电路的电路原理图；
图8是本申请实施例的LED调光驱动器电路的电路原理图；
图9是本申请实施例的LED驱动器电路的电路原理图；
图10是本申请实施例的LED故障检测电路的电路原理图；
图11是本申请实施例的通讯总线接口的电路原理图；
图12是本申请实施例的3.3V稳压供电电路的电路原理图；
图13是本申请实施例的编程接口的电路原理图；
图14是本申请实施例的贴片机定位标记图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案做进一步详细说明。
如图1所示，一种新型微光伏太阳能路灯，包括光伏板1、蓄电池组15、LED模块16和智能控制***，所述智能控制***包括数控全桥升降压电路3、故障检测电路和处理器电路2，所述光伏板1通过数控全桥升降压电路3与蓄电池组15电连接，蓄电池组与LED模块电连接，为LED模块供电。所述故障检测电路与光伏板电连接，用于检测光伏板是否存在故障，所述故障检测电路还与数控全桥升降压电路3和处理器电路2电连接，处理器电路2与蓄电池组、LED模块和数控全桥升降压电路3电连接。
所述故障检测电路包括电源输入输出采样电路5，所述电源输入输出采样电路5对光伏板的输出电压和电流进行采样并输出到处理器电路2中进行数据采集，处理器电路2对采集到的数据计算MPPT最佳功率点并调整数控全桥升降压电路3的输出充电电压，使光伏板以最大功率点向蓄电池组充电。如图5所示，电源输入输出采样电路5设有两个，分别为用于对光伏板电压进行采样的电源输入输出采样电路5a和用于对蓄电池组电压进行采样的电源输入输出采样电路5b，如图5(a)所示，电源输入输出采样电路5a包括电容C15，电阻R13，电阻R15和光伏板接口P2，光伏板接口P2用于连接光伏板，光伏板接口P2的引脚1通过GND引线分别与电容C15的一端和电阻R13的一端连接，光伏板接口P2的引脚2与电阻R14的一端和CPI_VIN+引线连接，电阻R14的另一端与VIN引线的一端以及CPI_VIN-引线连接，VIN引线的另一端与电阻R15一端连接，电容C15的另一端与电阻R13的另一端、电阻R15的另一端以及CPV_VIN引线连接。
电源输入输出采样电路5a用于对光伏板输出电压、电流进行采样并通过电流取样放大器电路6对光伏板输出电流放大后输出，具体的，如图6(a)所示，电流取样放大器电路6a包括型号为INA213AIDCKR的电流监控器U2，所述电流监控器U2的引脚5和引脚4分别与电源输入输出采样电路5a的CPI_VIN-引线和CPI_VIN+引线连接，对电源输入输出采样电路5a采集的光伏板输出电流信号进行放大处理后通过电流监控器U2的引脚6连接的CPI_VIN引线输出。电源输入输出采样电路5a和电流取样放大器电路6a对光伏板输出电压和电流进行取样后输出到处理器电路中。如图5(a)、6(a)所示，所述电源输入输出采样电路5a通过CPV_VIN引线和电流取样放大器电路6a通过CPI_VIN引线将检测的光伏板输出电压和电流信号输入到处理器电路2的AD转换器中进行数据采集。
具体的，如图2所述，处理器电路2包括型号为STM32F103RCT6的ARM芯片U11，所述ARM芯片U11的24引脚为光伏板输出电压信号采样接口，ARM芯片U11的25引脚为光伏板输出电流信号采样接口，ARM芯片U11的24引脚、25引脚分别通过ADC_INI4和ADC_INI5引线对应连接电源输入输出采样电路5a的CPV_VIN引线和电流取样放大器电路6a的CPI_VIN引线。处理器电路2对采集到的数据计算MPPT最佳功率点，并调整数控全桥升降压电路3的输出充电电压，使光伏板1以最大功率点向蓄电池组15充电。
其中，如图3所示，数控全桥升降压电路3包括型号为LTC3780IG的全桥升降压芯片U1、4只N沟道场效应管Q1～Q4、功率电感L1～L2。光伏板1的输出电压通过数控全桥升降压电路3的VIN引线输入，经全桥升降压芯片U1控制的4只N沟道场效应管Q1～Q4进行电压调整，然后由VOUT引线输出到蓄电池进行充电。其中，全桥升降压芯片U1的引脚6为输出电压反馈引脚，由输入/输出运算放大器U4组成的电压控制的比例放大器对输出端VOUT电压进行比例调整后，输入到全桥升降压芯片U1的反馈引脚6中，实现数控全桥升降压电路的输出电压在8V到16V之间可调，满足对11.1V锂电池组的充电电压需求。具体的，数控全桥升降压电路3由数控调压驱动器电路4进行驱动调整光伏板输出电压，数控调压驱动器电路由处理器电路进行控制驱动。处理器电路2会首先根据电源输入输出采样电路获取光伏板当前输出电压，然后通过调整数控调压驱动器电路来控制数控全桥升降压电路输出需要的电压。如图2所示，所述处理器电路的ARM芯片U11的引脚56产生PWM信号并通过引脚56连接的DIV引线将PWM信号输出到数控调压驱动器电路4的DIV引线端，数控调压驱动器电路4中的电阻R33、R35和电容C28组成的阻容滤波电路将PWM信号转换成直流电压控制信号，控制信号电压U＝3.3V*占空比，数控调压驱动器电路4的直流电压控制信号通过VoSense引线输入到数控全桥升降压电路3的全桥升降压芯片U1的电压反馈引脚6中，实现对输出电压在8V到16V之间可调。(其中，数控调压驱动器电路4的VOUT引线与数控全桥升降压电路3的VOUT线为同一根引线。)数控全桥升降压电路通过其具有的VOUT引线与蓄电池组连接，为蓄电池组进行充电。
进一步的，所述处理器电路2还用于判断光伏板是否故障。具体的，所述新型微光伏太阳能路灯还包括光敏取样电路7和通讯模块，如图7所述，光敏取样电路7设有两个，分别为光敏取样电路7a、光敏取样电路7b。所述光敏取样电路7a包括光敏电阻GR1，光敏取样电路7a通过光敏电阻GR1检测环境光照得到光敏输出电压并将光敏输出电压通过ADC_IN0引线输入到处理器电路2的ARM芯片U11的引脚14连接的ADC_IN0引线上；ARM芯片U11对接收到的光敏输出电压进行数模转换得到光敏数值，ARM芯片U11通过光敏数值计算出环境光照从而得出光伏板合理输出电压范围，并与接收到的光伏板实际的输出电压进行对比，从而判断光伏板是否出现故障，当处理器电路检测到光伏板出现故障后，通过ARM芯片U11的33～39引脚连接的通讯总线接口11，通讯总线接口11与通讯模块连接，将故障进行上报。
更进一步的，所述处理器电路2通过所述光敏取样电路(7a)采集到的光敏数值除了用于与光伏板输出电压数据进行对比从而检测光伏板是否故障外，所述处理器电路还可以用于对LED模块进行调光和开关灯控制；具体的说，LED模块使用多组可调亮度、可检测故障的LED驱动器电路9a-9d，LED驱动器电路9a、9b、9c、9d分别包括型号为PT4115的LED驱动恒流芯片U5、U8、U10、U12，LED驱动恒流芯片U5、U8、U10、U12分别通过引脚3连接的ADJ引线与LED调光驱动器电路8连接，LED调光驱动器电路8的低功耗运算放大器U13的引脚3通过DIM引线与处理器电路2的ARM芯片U11的引脚43连接。ARM芯片U11的引脚43输出PWM信号到LED调光驱动器电路8中，由LED调光驱动器电路中的阻容滤波电路(由电阻R63、电阻R64和电容C46组成)转换成直流电压信号，控制信号电压U＝3.3V*占空比，控制信号输入到由低功耗运算放大器U13组成的电压跟随器中进行处理输出调光驱动电压，调光驱动电压通过低功耗运算放大器U13的引脚1连接的ADJ引线输送到LED驱动器电路中，对LED驱动电路连接的LED模块进行调光和开关灯控制；其中处理器电路还根据电池电压和容量的关系曲线，设置在LED模块的不同亮度。
更进一步的，所述新型微光伏太阳能路灯还包括光敏取样电路(7b)，所述光敏取样电路(7b)通过ADC_IN1连接与处理器电路的ARM芯片U11的引脚15连接，所述光敏取样电路(7b)的安装位置与光敏取样电路(7a)的安装位置不同，其用于光照值修正。所述处理器电路跟踪这两个光敏取样电路采集的光敏数值，当两个数值接近时才认为正常的，两个值相差较大则是环境影响，比如车灯照射的影响。当这两个值差距较大时，处理器电路继续跟踪这两个光敏数值，只有当这两个值接近时，处理器电路才开始进行上述的判断光伏板是否故障，或者是否需要对LED模块进行调光或开关灯。
进一步的，所述处理器电路2还可以用于检测蓄电池组是否出现故障，蓄电池组的输出电压和电流通过电源输入输出采样电路5b进行采样，并通过电流取样放大器6b对电流采样进行放大后，输入到处理器电路2的AD转换器中进行数据采集，处理器电路2统计蓄电池组15固定电压范围内的放电电量，当蓄电池组放电电量小于蓄电池标称容量时，则判断蓄电池组出现故障，并通过与处理器电连接的通讯总线接口以及通讯模块将故障进行上报。具体的，所述蓄电池组的输出电压端与电源输入输出采样电路5b的电池接口P3连接，电池接口P3的引脚1通过GND引线与电容C23的一端和电阻R17的一端连接，电池接口P3的2引脚与CPI_BAT+引线和电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端与CPI_BAT-引线和VOUT引线一端连接，VOUT引线另一端通过电阻R19与CPV_BAT引线连接，电容C23的另一端与电阻R17的另一端以及所述CPV_BAT引线连接。电流取样放大器6b包括型号为INA213AIDCKR的电流监控器U3，电流监控器U3的引脚5、引脚4分别连接电源输入输出采样电路5b的CPI_BAT–引线和CPI_BAT+引线，电流监控器U3的引脚6连接CPIBAT引线，所述CPI BAT引线和CPV_BAT引线分别连接处理器电路2的ARM芯片U11的引脚27和引脚26，处理器电路2统计蓄电池固定电压范围内的放电电量，蓄电池组放电电量小于蓄电池标称容量，则判断蓄电池组出现故障。当蓄电池组出现故障后，ARM芯片U11通过33～39引脚连接的通讯总线接口11(通讯总线接口11的接口P1与通讯模块连接)，将故障进行上报。
更进一步，处理器电路还可以根据蓄电池不同电压阶段，采用不同的电流进行充电，具体的，因处理器电路2的ARM芯片U11通过引脚读取电源输入输出采样电路和电流取样放大器电路的电压信号CPV_VIN、CPV_BAT，电流信号CPI_VIN、CPI BAT。当蓄电池组电压没满时，启动数控全桥升降压电路对蓄电池组进行充电，根据电池电压阶段在不同阶段电流范围内充电(通过电源输入输出采样电路进行电压、电流采样，其中电流经过“电流取样放大器电路”放大后，输入“处理器电路”采样当前电流。最终根据电池的不同电压阶段，采用不同的电流冲电。)，同时计算光伏板输出功率，调整充电电压改变充电功率，在不超出电池参数的情况下，根据MPPT充电优化曲线，追踪最大功率点进行充电，实现MPPT控制功能。
进一步的，所述处理器电路2还可以用于监测LED模块是否出现故障。LED故障检测电路10(如图10中的四组LED故障检测)包括型号为LN324DR的单电源四路运算放大器U9，所述单电源四路运算放大器U9的引脚2和引脚3分别通过LED L1引线和LED H1引线与LED驱动器电路9a(即图9中的四组LED驱动器电路)连接，LED驱动器电路9a连接驱动LED模块。在本实施例中，所述LED驱动器电路9设有4个，分别为LED驱动器电路9a、9b、9c、9d，所述LED故障检测电路10的单电源四路运算放大器U9的引脚5、6，引脚10、9，引脚13、12分别通过LED H2、LED L2引线，LED H3、LED L3引线，LED L4、LED H4引线与LED驱动器电路9b、LED驱动器电路9c、LED驱动器电路9d对应连接；也可根据用户需要进行调整LED驱动器电路的数量。LED故障检测电路10通过LED驱动器电路9a(9b、9c、9d)对LED模块的工作电压进行采样，并输入到ARM芯片U11的AD转换器中进行数据采集，具体的，所述LED故障检测电路10的引脚1、引脚7、引脚8、引脚14分别通过CP_LED1引线、CP_LED2引线、CP_LED3引线、CP_LED4引线与处理器电路2的ARM芯片U11的引脚20-23对应连接。在控制LED模块状态为开灯状态下，ARM芯片U11检测LED模块工作电压范围是否在正常工作电压范围内(固定数量的LED灯珠工作电压范围是比较恒定的)，在LED驱动器电路9a(9b、9c、9d)为降压恒流工作模式时，根据降压恒流电路工作特性，如果ARM芯片U11检测LED灯珠的工作电压低于正常电压范围，则判断LED模块出现短路故障，如果LED灯珠电压等于电池组电压，则判断LED模块出现开路故障。在检测到LED模块出现故障后，ARM芯片U11通过通讯总线接口和通讯模块将故障进行上报。
在本实施例中，3.3V稳压供电电路12由型号为AMS1117-3.3正向低压降稳压器U6、型号为XL1509-5.0的降压芯片U7组成的3.3V精密稳压供电电路，由光伏板和蓄电池组分别通过二极管D9、D11对降压芯片U7进行供电，经过降压芯片U7降压到5V后，输入到正向低压降稳压器U6进行精密稳压到3.3V，用于3.3V供电线路的元件供电。进一步的，本申请实施例中，所述LED模块采用低功耗阵列式LED发光体或COB式LED发光体。

Claims (10)

1.一种新型微光伏太阳能路灯，包括光伏板、蓄电池组和LED模块，其特征在于：还包括数控全桥升降压电路、电源输入输出采样电路(5a)和处理器电路，光伏板通过数控全桥升降压电路与蓄电池组电连接，电源输入输出采样电路(5a)与光伏板和处理器电路电连接；所述电源输入输出采样电路(5a)用于对光伏板的输出电压和电流进行采样后输出到处理器电路中进行数据采集，处理器电路用于根据采集的数据计算MPPT最佳功率点并调整数控全桥升降压电路的输出充电电压，使光伏板以最大功率点向蓄电池组充电。
2.根据权利要求1所述的一种新型微光伏太阳能路灯，其特征在于：还包括与蓄电池组电连接的电源输入输出采样电路(5b)，所述电源输入输出采样电路(5b)用于对蓄电池组的输出电压和电流进行采样并输出到处理器电路中进行数据采集；所述处理器电路用于根据采集的数据计算出蓄电池组的不同电压阶段，并通过采集的光伏板电压和电流数据使光伏板以不同的电流向不同电压阶段的蓄电池组进行充电。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型微光伏太阳能路灯，其特征在于：所述处理器电路还用于通过电源输入输出采样电路(5a)获取光伏板当前输出电压并产生PWM信号给数控调压驱动器电路，所述数控调压驱动器电路用于将PWM信号转换成直流电压控制信号并控制信号电压U，数控调压驱动器电路将直流电压控制信号输入到数控全桥升降压电路的电压反聩端，实现对数控全桥升降压电路的输出电压的可调。
4.根据权利要求3所述的一种新型微光伏太阳能路灯，其特征在于：所述数控全桥升降压电路包括全桥升降压芯片U1，数控全桥升降压电路的VIN引线接入光伏板输出电压，通过全桥升降压芯片U1控制的4只N沟道场效应管Q1～Q4对光伏板输出电压进行调整，由VOUT引线输出到蓄电池组进行充电；其中，全桥升降压芯片U1具有输出电压反馈引脚，处理器电路产生PWM信号到数控调压控制器电路的DIV引线端，数控调压控制器电路中的阻容滤波电路将PWM信号转换成直流电压控制信号，控制信号电压U，并将直流电压控制信号输出到数控全桥升降压电路的反馈引脚，实现数控全桥升降压电路的输出电压的可调。
5.根据权利要求1或2所述的一种新型微光伏太阳能路灯，其特征在于：所述处理器电路还用于检测蓄电池组是否出现故障，所述处理器电路通过电源输入输出采样电路(5b)统计蓄电池固定电压范围内的放电电量，蓄电池组放电电量小于蓄电池标称容量时，则判断蓄电池组出现故障，在判断出蓄电池组出现故障后，处理器电路通过连接的通讯模块进行故障上报。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种新型微光伏太阳能路灯，其特征在于：还包括与处理器电路电连接的光敏取样电路(7a)，所述光敏取样电路(7a)用于检测环境光照从而得到光敏输出电压，并将光敏输出电压输入到处理器电路的AD转换器中进行采集；处理器电路用于对光敏输出电压进行转换得到光敏数值，并对光敏数值计算得出环境光照，以及根据环境光照计算得出光伏板合理输出电压范围，与接收到的光伏板实际的输出电压进行对比，从而判断光伏板是否出现故障；在检测出光伏板出现故障后通过连接的通讯模块进行故障上报。
7.根据权利要求1或2所述的一种新型微光伏太阳能路灯，其特征在于：所述微光伏太阳能路灯还包括LED故障检测电路和LED驱动器电路，所述LED故障检测电路与LED驱动器电路电连接，LED驱动器电路用于连接驱动LED模块；所述LED故障检测电路用于通过LED驱动器电路对LED模块的工作电压进行采样，并将采样信号输入到处理器电路的AD转换器中进行数据采集，在控制LED模块为工作状态下处理器电路检测LED模块的工作电压范围是否在正常工作电压范围内，当LED模块的工作电压低于正常工作电压范围，则判断LED模块出现短路故障，当LED模块的灯珠工作电压等于蓄电池组电压，则判断LED模块出现开路故障。
8.根据权利要求6所述的一种新型微光伏太阳能路灯，其特征在于：所述处理器电路还用于通过光敏取样电路(7a)采集到的光敏数值进行调光和开关灯控制，其中，处理器电路输出PWM信号到LED调光驱动器电路，所述LED调光驱动器电路用于将PWM信号进行处理后输出调光驱动电压到LED驱动器电路中，对LED驱动器电路连接的LED模块进行调光和开关灯控制。
9.根据权利要求8所述的一种新型微光伏太阳能路灯，其特征在于：所述LED调光驱动器电路包括低功耗运算放大器U13以及由电阻R63、电阻R64和电容C64组成的阻容滤波电路；处理器电路输出的PWM信号到LED调光驱动器电路中，由LED调光驱动器电路中的阻容滤波电路将PWM信号转换成直流电压信号，控制信号电压U＝3.3V*占空比，控制信号输入到由低功耗运算放大器U13组成的电压跟随器中进行处理输出调光驱动电压到LED驱动器电路中，对LED驱动器电路连接的LED模块进行调光和开关灯控制。
10.根据权利要求6或8所述的一种新型微光伏太阳能路灯，其特征在于：还包括与处理器电路电连接的光敏取样电路(7b)，该光敏取样电路(7b)与光敏取样电路(7a)的安装位置不同，所述光敏取样电路(7b)用于检测环境光照并输出光敏输出电压到处理器电路中，处理器电路用于通过该光敏取样电路(7b)进行光照值修正。
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