CN201813582U - 一种用于led公共照明***的光伏发电控制器 - Google Patents

一种用于led公共照明***的光伏发电控制器 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种实现光伏电池最大效率输出的用于LED公共照明***的光伏发电控制器。它是由DC-DC单元、无极卸荷单元、LED恒流控制单元组成的，DC-DC单元连接无极卸荷单元，无极卸荷单元连接LED恒流控制单元。本实用新型一种用于LED公共照明***的光伏发电控制器，具有以下特点：光伏电池输出的变化的直流电经SEPIC DC-DC变换电路给蓄电池充电，实现光伏电池的最大效率输出，采用恒流斩波控制电路驱动LED，以保证LED相对光通量的稳定性，采集蓄电池电压，以实现蓄电池过、欠压等保护功能，通过电流采样电阻采集LED的负载电流，实现过载的软件保护和过流的硬件保护，提高LED发光的稳定性。

Description

一种用于LED公共照明***的光伏发电控制器
(一)技术领域
本实用新型涉及太阳能发电技术，具体说就是一种用于LED公共照明***的光伏发电控制器。
(二)背景技术
目前，现有的光伏发电由于太阳能电池受光照的影响，输出电压的变化范围较大，常用的供电方式有采用降压(buck)和升压(boost)的控制方式实现输出恒压或者恒流控制，但以上两种方式控制方式单一、对光伏电池的宽范围变化适应能力差。而SEPIC工作方式，具有降压(buck)和升压(boost)两种方式的特点，具有适应能力强，可以适合于光伏电池输出电压的宽范围变化。常规LED公共照明通常采用简单的输出恒电压控制，LED发光不稳定；而采用恒流控制方式，则可以大大提高LED发光的稳定性。
(三)发明内容
本实用新型的目的在于提供一种实现光伏电池最大效率输出的用于LED公共照明***的光伏发电控制器。
本实用新型的目的是这样实现的：它是由DC-DC单元、无极卸荷单元、LED恒流控制单元组成的，DC-DC单元连接无极卸荷单元，无极卸荷单元连接LED恒流控制单元。
本实用新型还有以下技术特征：
(1)DC-DC单元包括太阳能电池板、SEPIC DC-DC变换电路、第一电路调理电路、第一自举驱动电路、输出电压检测电路、单片机和第二电流调理电路，太阳能电池板连接SEPIC DC-DC变换电路，SEPIC DC-DC变换电路分别连接第一电路调理电路、第一自举驱动电路和输出电压检测电路，单片机分别连接第一电路调理电路、第一自举驱动电路、输出电压检测电路和第二电流调理电路。
(2)无极卸荷单元包括蓄电池和PWM无极卸荷电路，蓄电池连接PWM无极卸荷电路。
(3)LED恒流控制单元包括LED电路、电感、功率开关电路、第二自举驱动电路、恒流斩波控制电路和低通滤波电路，LED电路连接电感，电感连接功率开关电路，功率开关电路分别连接第二自举驱动电路和恒流斩波控制电路，恒流斩波控制电路分别连接低通滤波电路和第二自举驱动电路。
本实用新型一种用于LED公共照明***的光伏发电控制器，具有以下特点：光伏电池输出的变化的直流电经SEPIC DC-DC变换电路给蓄电池充电，实现光伏电池的最大效率输出，采用恒流斩波控制电路驱动LED，以保证LED相对光通量的稳定性，采集蓄电池电压，以实现蓄电池过、欠压等保护功能，通过电流采样电阻采集LED的负载电流，实现过载的软件保护和过流的硬件保护，提高LED发光的稳定性。
(四)附图说明
图1为本实用新型的结构方框图；
图2为本实用新型的SEPIC DC-DC变换电路；
图3为本实用新型的自举驱动电路；
图4为本实用新型的输出电压检测电路；
图5为本实用新型的PIC18F2331单片机主控单元；
图6为本实用新型的PWM无级卸荷电路；
图7为本实用新型的LED电流恒流斩波控制单元；
图8为本实用新型的第二自举驱动电路。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本实用新型作进一步说明。
实施例1：结合图1，本实用新型一种用于LED公共照明***的光伏发电控制器，它是由DC-DC单元(1)、无极卸荷单元(2)、LED恒流控制单元(3)组成的，DC-DC单元(1)连接无极卸荷单元(2)，无极卸荷单元(2)连接LED恒流控制单元(3)。
本实用新型还有以下技术特征：
所述的DC-DC单元(1)包括太阳能电池板(4)、SEPIC DC-DC变换电路(5)、第一电路调理电路(6)、第一自举驱动电路(7)、输出电压检测电路(8)、单片机(9)和第二电流调理电路(10)，太阳能电池板(4)连接SEPIC DC-DC变换电路(5)，SEPIC DC-DC变换电路(5)分别连接第一电路调理电路(6)、第一自举驱动电路(7)和输出电压检测电路(8)，单片机(9)分别连接第一电路调理电路(6)、第一自举驱动电路(7)、输出电压检测电路(8)和第二电流调理电路(10)。
所述的无极卸荷单元(2)包括蓄电池(11)和PWM无极卸荷电路(12)，蓄电池(11)连接PWM无极卸荷电路(12)。
所述的LED恒流控制单元(3)包括LED电路(13)、电感(14)、功率开关电路(15)、第二自举驱动电路(16)、恒流斩波控制电路(17)和低通滤波电路(18)，LED电路(13)连接电感(14)，电感(14)连接功率开关电路(15)，功率开关电路(15)分别连接第二自举驱动电路(16)和恒流斩波控制电路(17)，恒流斩波控制电路(17)分别连接低通滤波电路(18)和第二自举驱动电路(16)。
实施例2：结合图2-图8，本实用新型包括单相SEPIC DC-DC变换电路、蓄电池脉冲宽度调制(PWM)无级卸荷电路、LED恒流控制电路及相应的***软件，工作原理如下：
1.DC-DC变换单元
采用单片机PIC18F2331和具有升降压功能的SEPIC DC-DC变换电路为核心构成，单片机经过第一电流调理电路实时检测蓄电池的充电电流，采用软件并将检测到电流与给定电流进行比较，通过数字PI调节器输出具有一定占空比的PWM1，经过第一自举电路驱动SEPIC DC-DC变换电路的功率开关管。当充电电流小时，增大功率开关管的导通时间，使SEPIC DC-DC变换电路的输出电压增高，提高蓄电池的充电电流；反之，当充电电流增大时，通过PI调节，输出的PWM1的占空比减小，减小蓄电池的充电电流，由此实现了蓄电池恒流充电的功能。
(1)SEPIC DC-DC变换电路
图2为SEPIC DC-DC变换电路，其中输出、输入电压的关系为Vout/Vin＝D/(1-D)，其中D为占空比。可见，SEPIC DC-DC变换电路的输出电压既可以大于输出电压，也可以小于输入电压，可以满足光伏电池的输出电压变化范围宽的特点，可以实现最大效率输出。
(2)自举驱动电路
图3为自举驱动电路。自举驱动电路采用IR公司的IR2110集成功率驱动芯片实现，该芯片采用了高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了控制电路的可靠性。尤其是采用自举驱动技术，使得驱动电路较其它IC驱动大大减少，在工程上大大减少了控制变压器体积和电源数目，降低了产品成本。图3中的12脚LIN的控制信号来自PIC单片机PIC18F2331的PWM1输出，经过IR2110功放后驱动图2的SEPIC DC-DC变换电路的功率开关器件VT1，实现光伏电池最大效率输出。
(3)输出电压检测
输出电压检测电路如图4所示，采用电阻R20、R21分压将SEPICDC-DC输出电压进行电阻分压为0～4V，并由PIC18F2331的AN1实现输出电压采样。
(4)PIC18F2331单片机主控单元
PIC18F2331单片机主控单元如图5所示，其中R18、R19、R17和E10为蓄电池电压的检测电路，由单片机PIC18F2331的AN0口进行检测，经过分压处理后的采样电压为0～4V；图中的PWM1为具有一定占空比的PWM信号，实现蓄电池的恒流充电；图5中的PWM2为具有一定占空比的PWM输出信号，经过低通滤波处理(实现D/A转换功能)后，得到一模拟电压，此电压输出给TL494，作为LED输出电流的给定，从而实现LED的恒流控制；此外，装置还具有参量设定、参量显示的功能，图中的RB0、RB1、RC7为参量设定管脚，用来实现功能设定、加、减等功能；图中的RB4、RC5、RC4、RC3为液晶显示控制管脚，用来进行***的运行状态和参量显示；电流采样电路1采用电流霍尔传感器实现，如图5所示，电流采样电路1为蓄电池充电电流检测单元，通过闭环控制，实现蓄电池恒流充电功能；电流采样电路2采用电流霍尔传感器实现，如图5所示，电流采样电路2为LED工作电流检测单元，通过电流闭环控制，实现LED恒流控制功能，其中加入电感L的目的是为了改变负载的性质，实现电流平波(即平波电抗器)的目的。
2.无级卸荷单元
图6为脉冲宽度调制(PWM)无级卸荷电路。脉冲宽度调制(PWM)无级卸荷控制是指当蓄电池的电压达到一定值时，IC8的10脚电压与9脚给定进行比较，当电池电压增加使IC8的10脚电压大于9脚给定时，IC8的8脚输出为高电平，使功率器件绝缘栅型场效应管MOSFET导通，此时多于的电能完全加到卸荷电阻上，从而有效地保护了蓄电池和控制***。
3.LED电流恒流控制
(1)LED电流恒流斩波控制单元
图7为LED电流恒流斩波控制单元。本驱动器的电流调节单元采用它激式PWM工作方式控制LED的供电电流，由专用脉宽调制芯片TL494实现，其特点如下：(1)斩波频率固定，减小开关噪声；(2)采用传统的PI调节方法；(3)输出PWM波的占空比可从0％到100％。调节原理是将来自单片机PIC18F2331口输出的PWM2信号经过低通滤波处理后作为恒流斩波控制单元的电流给定Ug，与电流反馈Uf经PI调节后在TL494内部产生一个模拟信号，此信号与一个频率固定的三角载波相比较产生PWM控制信号，控制LED功率电路开关管的通断时间来调节LED导通电流。其中R19、C11芯片内部的振荡器产生频率为15kHz的载波信号。R22、R21构成分压电路，产生一个-0.4V的电平以消除死区控制，使输出PWM波的占空比达到100％。Uf为经精密全波整流、低通滤波处理后的电流反馈信号，经R16、C9滤波后输入+IN1脚，Ug为由正弦波细分运行分配器产生的正弦阶梯波给定信号，输入到-IN1脚。R8、R9、R10、R17、C8构成电流PI调节器。该PI调节器的输出与三角波进行比较后产生PWM斩波信号，由8脚输出。由于输出端采用集电极开路输出方式，因此需加上拉电阻R18。
(2)第二自举驱动电路
图8为第二自举驱动电路。图8中的12脚LIN的控制信号来自TL494的PWM控制信号的输出，经过IR2110功放后驱动图8中的LED功率变换电路的开关管VT2，实现LED的恒电流输出控制。

Claims (1)

1.一种用于LED公共照明***的光伏发电控制器，它是由DC-DC单元(1)、无极卸荷单元(2)、LED恒流控制单元(3)组成的，其特征在于：DC-DC单元(1)连接无极卸荷单元(2)，无极卸荷单元(2)连接LED恒流控制单元(3)；
所述的DC-DC单元(1)包括太阳能电池板(4)、SEPIC DC-DC变换电路(5)、第一电路调理电路(6)、第一自举驱动电路(7)、输出电压检测电路(8)、单片机(9)和第二电流调理电路(10)，太阳能电池板(4)连接SEPIC DC-DC变换电路(5)，SEPIC DC-DC变换电路(5)分别连接第一电路调理电路(6)、第一自举驱动电路(7)和输出电压检测电路(8)，单片机(9)分别连接第一电路调理电路(6)、第一自举驱动电路(7)、输出电压检测电路(8)和第二电流调理电路(10)；
所述的无极卸荷单元(2)包括蓄电池(11)和PWM无极卸荷电路(12)，蓄电池(11)连接PWM无极卸荷电路(12)；
所述的LED恒流控制单元(3)包括LED电路(13)、电感(14)、功率开关电路(15)、第二自举驱动电路(16)、恒流斩波控制电路(17)和低通滤波电路(18)，LED电路(13)连接电感(14)，电感(14)连接功率开关电路(15)，功率开关电路(15)分别连接第二自举驱动电路(16)和恒流斩波控制电路(17)，恒流斩波控制电路(17)分别连接低通滤波电路(18)和第二自举驱动电路(16)。 
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