基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器的制造方法
【專利摘要】基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器，包括過充/過放保護電路，利用PWM技術(shù)通過分段多點監(jiān)控法實現(xiàn)，充電控制電路，其控制方式為脈寬調(diào)制信號（PWM）調(diào)制恒流電流進(jìn)行斬波輸出向蓄電池充電，根據(jù)蓄電池剩余荷電容量（SOC）來確定充電方式。放電控制電路，要由一個POWERMOSFET管來控制蓄電池是否放電，當(dāng)蓄電池10%<SOC<40%時，使用比較窄的PWM脈沖控制驅(qū)動電路驅(qū)動LED路燈，使路燈保持在亮度最低；利用此電路，能有效地保護蓄電池,防止過充、過放電現(xiàn)象的發(fā)生,還能快速、平穩(wěn)地為蓄電池充電，有效、安全地放電。
【專利說明】基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及路燈控制系統(tǒng)，具體為基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]智能太陽能路燈系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池、燈桿、LED燈具、控制器(過充過放保護電路，光控、時控電路)等組成。白天太陽能電池板接受太陽輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過充電控制電路儲存在蓄電池中；晚間當(dāng)光線照度降低時，控制器使LED燈點亮，進(jìn)行指示性照明。其中，蓄電池是太陽能LED路燈系統(tǒng)中混合動力系統(tǒng)的重要部分之一，因此它的剩余荷電容量(SOC)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性也有重大影響。蓄電池經(jīng)常過放或過充，容易造成蓄電池壽命大大縮短。因此,開發(fā)一種針對此問題的控制電路非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型所解決的技術(shù)問題在于提供基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器，以解決上述【背景技術(shù)】中的缺點。
[0004]本實用新型所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0005]本實用新型針對蓄電池充放電穩(wěn)定性問題，采用分段多點監(jiān)控法去監(jiān)控蓄電池剩余荷電容量(SOC)的充電/放電法，放電過程和控制器在充電過程中一樣，分段多點監(jiān)控，在不同的階段用不同寬度的PWM信號輸出控制，有效避免了過放?？刂破鳈z測到蓄電池充電或放電超出一定范圍時，控制器切斷充放電回路，保證電池不被損壞。
[0006]根據(jù)蓄電池剩余荷電容量(SOC)充放電數(shù)學(xué)模型和剩余荷電容量(SOC)與蓄電池循環(huán)壽命的關(guān)系，在設(shè)計太陽能LED路燈控制器的時候，采用以下控制方案，完全避免蓄電池過充和過放，并保證LED路燈以盡可能延長點亮的時間。在充電階段為三段控制:第一段(10%〈S0C〈40%:)為快充階段、第二段(40%〈S0C〈95%)慢充階段；第三段(S0C>95%)浮充階段。充電過程中逐漸減小脈寬調(diào)制信號(PWM)的寬度。在放電/驅(qū)動階段分六段進(jìn)行監(jiān)控:(90%〈S0C〈100%)、(80%〈S0C〈90%)、(80%〈S0C〈70%)、(60%〈S0C〈70%)、(50%〈S0C〈60%)、(40%〈S0C〈50%)，對應(yīng)各段計算出對應(yīng)的脈寬調(diào)制信號(PWM)寬度來驅(qū)動LED路燈。在放電/驅(qū)動過程中逐段縮小PWM信號的寬度，保證足夠亮度同時，以最長的點亮?xí)r間為控制目標(biāo)。10%〈S0C〈40%時做特殊處理，以最低亮度標(biāo)準(zhǔn)(節(jié)能模式)的方式驅(qū)動LED路燈，并在到達(dá)過放點之前切斷負(fù)載，可完全避免過放。
[0007]基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器，包括過充/過放保護電路，脈寬調(diào)制控制信號(PWM)發(fā)生器控制三極管Q2、Q3導(dǎo)通，穩(wěn)壓管Dl的作用，IRF4905管的柵源電壓等于鉗位電壓，IRF4905管導(dǎo)通，太陽電池向蓄電池充電，反之，前兩極三極管均截止VGS=OV,IRF4905管斷開，太陽能電池不能向蓄電池充電；放電控制端給出高電平時，三極管S9013導(dǎo)通，NDB7060L輸出高電平，IRF3205柵源電壓為鉗位電壓，此時，MOSTET導(dǎo)通，蓄電池向負(fù)載供電，反之，放電控制端給出低電平時，三極管截止相當(dāng)于開關(guān)處于斷開狀態(tài)，蓄電池不能向負(fù)載供電。
[0008]本實用新型中，穩(wěn)壓管與IRF4905管并聯(lián)控制蓄電池充電。
[0009]本實用新型中，蓄電池與二極管D3并聯(lián)防止蓄電池逆充。
[0010]本實用新型中，Q2、Q3組成電阻分壓耦合與IRF4905管柵極連接。
[0011]本實用新型中，PWM信號通過電阻RlO與Q4極連接，漏極與NDB7060L連接。
[0012]本實用新型中，穩(wěn)壓管D5與IRF3205管連接，控制電池向負(fù)載供電。
[0013]有益效果:本實用新型可以有效的提高蓄電池的使用壽命，保障太陽能LED路燈系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的充電電路原理圖；
[0015]圖2為本實用新型的放電電路原理圖；
[0016]圖3為本實用新型的控制器結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0017]為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實用新型。
[0018]基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器，利用PWM脈沖調(diào)制控制保護技術(shù)，目的在于保護蓄電池，防止過充、過放現(xiàn)象的發(fā)生，快速、平穩(wěn)地為蓄電池充電，有效安全地放電。包括充電控制電路和放電控制電路。電控制開關(guān)管，選用POWER MOSFET IRF4905。此管是P溝道的MOSFET管，具有小的導(dǎo)通電阻R0N=20mQ，最大通態(tài)電流ID = 74A (條件溫度25°C，VGS= — 10V)，開關(guān)速度快，具有很好的開關(guān)性能，又因為此管為P溝道。設(shè)計太陽能電池電壓采樣電路和蓄電池電壓采樣電路時，把基準(zhǔn)電壓選在太陽能電池地端，使系統(tǒng)的可靠性大大提高。肖特基二極管防反充，蓄電池電壓高于太陽能電池電壓時，該二極管截止，防止蓄電池向太陽能電池反充電。D3是接的保護二極管，即當(dāng)蓄電池反接時，D3向?qū)?，電流很大，熔斷絲即可燒斷，電路斷開，保護了控制器和蓄電池，提高了系統(tǒng)的可靠性。放電控制的開關(guān)管，選用 International Rectifier(IR)生產(chǎn)的 POWER MOSFET IRF3205,RF3205是N溝道的MOSFET管，具有小的導(dǎo)通電阻R0N=8m Ω，最大通態(tài)電流ID=IlOA (條件溫度25°C，VGS=IOV) VDD=55V,開關(guān)速度快，具有很好的開關(guān)性能。
[0019]參見圖1，基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器的充電電路原理圖，由8254組成的脈寬調(diào)制控制信號(PWM)發(fā)生器給出充電的控制信號(PWM)，S9013的三極管導(dǎo)通，由于此三極管工作于射極輸出狀態(tài)，其發(fā)射極為高電平，Q2管導(dǎo)通，由于穩(wěn)壓管Dl作用，使得IRF4905管的柵源電壓鉗位在10V，IRF4905管導(dǎo)通，太陽能電池向蓄電池充電。反之，前兩極三極管均截止VGS=OV, IRF4905管斷開，太陽能電池不能向蓄電池充電。
[0020]參見圖2，基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器的放電電路原理圖，放電控制端給出高電平時，三極管S9013導(dǎo)通，NDB7060L輸出高電平，IRF3205的柵源電壓被鉗位于10V，此時，MOSTET導(dǎo)通，蓄電池向負(fù)載供電，反之放電控制端給出低電平時，三極管截止相當(dāng)于開關(guān)處于斷開狀態(tài)，蓄電池不能向負(fù)載供電。
[0021]參見圖3，基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器的的控制器結(jié)構(gòu)框圖，其中電源、晶振和復(fù)位電路是必備，一般都是標(biāo)準(zhǔn)配置，但有時候根據(jù)不同的復(fù)位方式(外觸發(fā)復(fù)位、上電復(fù)位)的不同，電路的設(shè)計上有所不同。單片機不僅僅是這一部分的主要部件，也是整個系統(tǒng)的核心部件；I/o接口部分(傳感器采樣與驅(qū)動部分)主要是完成相關(guān)傳感器的采樣，為控制邏輯提供控制參數(shù)和依據(jù)，另外的一部分就是驅(qū)動部分，分為上述的充/放電控制以及LED路燈的驅(qū)動與亮度調(diào)節(jié)。以上硬件和相關(guān)的固件程序的實現(xiàn)在以下部分進(jìn)行詳細(xì)的討論和設(shè)計實現(xiàn)。以單片機為核心的太陽能路燈控制器的設(shè)計方案，系統(tǒng)以較少的按鍵實現(xiàn)了參數(shù)設(shè)置，基于PMW技術(shù)利用多點監(jiān)控法對蓄電池進(jìn)行充放電管理。該系統(tǒng)以STC12C5410AD單片機為核心，外圍電路主要由電壓采集電路，負(fù)載輸出控制與檢測電路，LED顯示電路及鍵盤電路等部分組成，電壓采集電路包括太陽能電池板和蓄電池電壓采集，用于太陽光線強弱的識別以及蓄電池電壓的獲取，單片機的P3 口的兩位作為鍵盤輸入口，用于工作模式等參數(shù)的設(shè)置。
[0022]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征及本實用新型的優(yōu)點，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)，本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器，包括過充/過放保護電路，其特征在于，脈寬調(diào)制控制信號(PWM)發(fā)生器控制三極管Q2、Q3導(dǎo)通，穩(wěn)壓管Dl的作用，IRF4905管的柵源電壓等于鉗位電壓，IRF4905管導(dǎo)通，太陽電池向蓄電池充電，反之，前兩極三極管均截止VGS=OV, IRF4905管斷開，太陽能電池不能向蓄電池充電；放電控制端給出高電平時，三極管S9013導(dǎo)通，NDB7060L輸出高電平，IRF3205柵源電壓為鉗位電壓，此時，MOSTET導(dǎo)通，蓄電池向負(fù)載供電，反之，放電控制端給出低電平時，三極管截止相當(dāng)于開關(guān)處于斷開狀態(tài)，蓄電池不能向負(fù)載供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器，其特征在于，穩(wěn)壓管與IRF4905管并聯(lián)控制蓄電池充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器，其特征在于，蓄電池與二極管D3并聯(lián)防止蓄電池逆充。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器，其特征在于，Q2、Q3組成電阻分壓耦合與IRF4905管柵極連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器，其特征在于，PWM信號通過電阻RlO與Q4極連接，漏極與NDB7060L連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段多點監(jiān)控法的太陽能路燈控制器，其特征在于，穩(wěn)壓管D5與IRF3205管連接，控制電池向負(fù)載供電。
【文檔編號】H05B37/02GK203761659SQ201420155542
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】彭兆加, 言萍, 史陳佛保 申請人:婁底市光能科技發(fā)展有限公司