CN102065606A - 控制器及包含该控制器的太阳能灯具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制器(20)以及包含该控制器(20)的太阳能灯具。该控制器(20)用于对含光伏组件(10)、LED光源(30)和蓄电池组(40)的太阳能灯具的控制，包括LED驱动模块(203)，其特征在于，还包括与所述LED驱动模块(203)连接的充放电控制模块(201)，用于保护所述蓄电池免于过充电和过放电。该控制器还可包括与所述LED驱动模块连接的多极调光与开关模块(202)，用于控制所述LED光源的开、关状态以及亮度。本发明的技术方案实现了对太阳能灯具的蓄电池的充放电保护以及对太阳能灯具的LED光源的开、关和亮度控制。

Description

控制器及包含该控制器的太阳能灯具

技术领域

本发明涉及一种控制器及包含该控制器的太阳能灯具，尤其涉及一种带充放电保护、多级调光和开关控制功能的控制器及包含该控制器的太阳能灯具。

背景技术

世界能源短缺和环境污染问题的日益严重。光伏发电利用储备无限的太阳能，具有无污染和无噪音等优势，备受各国的关注。同时，LED技术不断发展，因其具有省电以及寿命长等优点，在照明行业中的应用不断增长。光伏发电技术与LED技术的结合具有广阔的发展空间。

现有的太阳能灯具存在两大问题：蓄电池使用寿命短；亮度调节成本高。例如，专利ZL200920301386.4公开了一种“控制器及包含该控制器的亮度可调的太阳能灯具”。在该项专利技术中，电路缺少蓄电池充放电保护功能，因而太阳能灯具的使用寿命较低，甚而在蓄电池的充电过程中存在安全隐患。此外，该项专利技术的亮度调节模块采用MCU完成PWM输出，成本很高，且需要编程，实现亮度调节很复杂。上述不足使得太阳能灯具难以推广应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种控制器，用于对含光伏组件、LED光源和蓄电池的太阳能灯具的控制。该控制器包括LED驱动模块，其特征在于，还包括与所述LED驱动模块连接的充放电控制模块，用于保护所述蓄电池免于过充电和过放电。

该控制器还可包括与所述LED驱动模块连接的多极调光与开关模块，用于控制所述LED光源的开、关状态以及亮度。

本发明还提供一种太阳能灯具，包括上述控制器以及与该控制器连接的光伏组件、LED光源和蓄电池。

本发明的技术方案实现了对太阳能灯具的蓄电池的充放电保护以及对太阳能灯具的LED光源的开、关和亮度控制。

附图说明

图1是太阳能灯具的结构示意图；

图2是充放电保护模块的电路图；

图3是多级调光与开关模块的电路图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明。说明按以下次序进行：一、太阳能灯具的构造；二、太阳能灯具中的控制器的构造；三、控制器中的充放电保护模块的构造；四、控制器中的多极调光与开关模块的构造。

一、太阳能灯具

图1是本发明太阳能灯具的结构示意图。

如图1所示，太阳能灯具包括光伏组件10、控制器20、LED光源30、蓄电池40。

光伏组件、LED光源和蓄电池为现有技术。以下仅说明控制器20的构造。

二、控制器

图1还示出了太阳能灯具中的控制器的构造。

如图1所示，控制器20包括充放电保护模块201和LED驱动模块203，还可以包括多级调光与开关模块202。

充放电保护模块201的输入端与光伏组件10连接，用于保护蓄电池的过充电，充放电保护模块201的输出端与LED驱动模块203的输入端连接，用于保护蓄电池的过放电。

多级调光与开关模块202与LED驱动模块203连接，用于产生多级调光信号与开关信号，来实现LED光源30的多级亮度调节以及开启和关断功能。

LED驱动模块203的输出端与LED光源30连接，用于输出与多级调光与开关模块202的信号控制相对应的恒定电流给LED光源30。

LED驱动模块203的电路结构为公知技术。以下仅说明充放电保护模块201和多极调光与开关模块202的结构。

三、充放电保护模块

图2示出了充放电保护模块的电路图。

如图2所示，充放电保护模块201包括控制单元2014以及与其连接的电压检测单元2011、过流检测单元2012、充放电开关单元2013、控制单元2014、二极管D1和电容C4。

控制单元2014可以采用单片机或者通用管理芯片。

电压检测单元2011的输入端与蓄电池40的正极B1+、B2+连接，其输出端与控制单元2014连接。电压检测单元2011包括电阻R1、电阻R2、电容C2、电容C5。电阻R1与电容C2串联的结点连接控制单元2014的输入引脚5(VB1)，电阻R1与电容C2串联的两端连接蓄电池40的正端B1+、蓄电池40的负端B-；电阻R1与电容C2用于检测蓄电池40电压B1+的变化。电阻R2与电容C5串联的结点连接控制单元2014的输入引脚4(VB2)，电阻R2与电容C5串联的两端分别连接蓄电池40的正端B2+、蓄电池40的负端B-；电阻R2与电容C5用于检测蓄电池40电压B2+的变化。

过流检测单元2012的输入端与光伏组件10的负端P-连接，其输出端与控制单元2014连接。过流检测单元2012包括电阻R7和电容C7。电阻R7与电容C7串联的结点连接控制单元2014的输入引脚3(CS)，电阻R7与电容C7串联的两端分别连接光伏组件10的负端P-和蓄电池40的负端B-。电阻R7与电容C7用于检测充放电电流的大小。

充放电开关单元2013的两端分别连接蓄电池40的负极B-与光伏组件负端P-，其输入端与控制单元2014连接。充放电开关单元2013包括双N沟道MOSFETQ2。Q2的栅极G1与控制单元2014的2脚Cout连接，Q2的栅极G2与控制单元2014的1脚Dout连接。Q2的源极S1与光伏组件10的负端P-连接，Q2的源极S2与蓄电池40的负端B-连接。Q2在控制单元2014的输出信号控制下，完成蓄电池的充电和放电回路的开启和关断。

二极管D1的输入端1接光伏组件10的正端P+，二极管的输出端2接电压检测检测单元2011的输入端。

电容C4的第一端接二极管D1的输出端2，电容C4的第二端接光伏组件10的负端P-。

在上述充放电保护模块的结构中，控制单元2014接收所述电压检测单元2011和过流检测单元2012的信号，控制所述控制单元2014开启和关断充电和放电回路，以实现对蓄电池的充放电保护。

四、多极调光与开关模块

图3示出了多级调光与开关模块的电路图。

如图3所示，多级调光与开关模块202包括供电单元2021、上电状态锁定单元2022、按键单元2023、状态循环控制单元2024、开关控制单元2025以及亮度选择单元2026。

图3示出了上述各部件的连接方式。供电单元2021的输入端与蓄电池40的正端B1+连接，其地端与光伏组件10的负端P-连接。上电状态锁定单元2022的输入端与供电单元2021的输出端连接，其地端与光伏组件10的负端P-连接。按键单元2023的输入端与供电单元2021的输出端连接，其地端与光伏组件10的负端P-连接。状态循环控制单元2024的RESET端与上电状态锁定单元2022的输出端连接；电源端VCC与供电单元2021的输出端连接；CP端与开关控制单元2025的输出端连接；Q0端与开关控制单元2025输入端连接；Q1端与亮度选择单元2026连接；地端与光伏组件10的负端P-连接。开关控制单元2025的地端与光伏组件10的负端P-连接。亮度选择单元2026的地端与光伏组件10的负端P-连接。

上述供电单元2021的电路结构为公知技术，不再赘述。以下依次说明上电状态锁定单元2022、按键单元2023、状态循环控制单元2024、开关控制单元2025以及亮度选择单元2026的电路结构。

上述上电状态锁定单元2022包括电阻R8、电容C12。电阻R8与电容C12串联的结点连接状态循环控制单元2024的RESET端，电阻R8与电容C12串联的两端连接供电单元2021的输出端、光伏组件10的负端P-，电阻R8与电容C12组成串联RC电路，当供电单元2021供电的初始瞬间，使状态循环控制单元2024的RESET端电位拉低，从而使状态循环控制单元2024的Q1端、状态循环控制单元2024的Q1端输出低电位。

上述按键单元2023包括轻触开关SW1、电容C13、电阻R10。轻触开关SW1与电容C13并联之后与电阻R10串联的结点与状态循环控制单元2024的CP端连接，轻触开关SW1与电容C13并联之后与电阻R10串联的两端与供电单元2021的输出端、光伏组件10的负端P-连接，通过按轻触开关SW1产生LED光源30的状态循环触发信号，电容C13可以去掉由轻触开关的机械振动而产生的噪音信号，从而保证每次按键都能灵敏的实现LED光源30亮度的调节。

上述状态循环控制单元2024包括触发器U4、电容C11、电阻R9、二极管D3。电容C11的第一端与触发器U4的VCC端连接，电容C11的第二端与光伏组件10的负端P-连接，电容C11具有去耦合作用；触发器U4的D0端与触发器U4的

连接，电阻R9与二极管D3串联的结点与触发器U4的D1端连接，电阻R9与二极管D3串联之后的两端与触发器U4的Q0端、触发器U4的端连接，触发器U4的地端与光伏组件10的负端P-连接。触发器U4、电阻R9、二极管D3组成一个逻辑门电路，根据按键单元2023产生的状态循环触发信号实现LED光源全亮、半亮、开启、关闭四种工作状态的循环控制。

上述开关控制单元2025包括电阻R6、N沟道MOSFETQ1、N沟道MOSFETQ3。电阻R6的第一端与蓄电池40的正极B1+连接，N沟道MOSFETQ3的漏极与电阻R6的第二端连接，N沟道MOSFETQ3的栅极与状态循环控制单元2024触发器U4的Q0端连接，N沟道MOSFETQ3的源极与光伏组件10的负端P-连接，N沟道MOSFETQ1的栅极与电阻R6的第二端连接，N沟道MOSFETQ1的漏极与LED驱动模块203的U2的RON端连接，N沟道MOSFETQ1的源极与光伏组件10的负端P-连接。当状态循环控制单元2024触发器U4的Q0端输出高电平时，N沟道MOSFETQ3的漏极电压拉低，则N沟道MOSFETQ1处于关断状态，使LED驱动模块203U2的RON端的电压升高，从而使LED驱动模块203的U2处于工作状态；当状态循环控制单元2024触发器U4的Q0端输出低电平时，N沟道MOSFETQ3的漏极电压拉高，则N沟道MOSFETQ1处于导通状态，使LED驱动模块203的U2的RON端的电压降低，从而使LED驱动模块203的U2处于关断状态。

上述亮度选择单元2026包括电阻R4、N沟道MOSFETQ4。电阻R4的第一端与LED驱动模块203的U2的CS端连接，电阻R4的第二端与N沟道MOSFETQ4的漏极连接，N沟道MOSFETQ4的栅极与状态循环控制单元2024触发器U4的Q1端连接，N沟道MOSFETQ4的源极与光伏组件10的负端P-连接。当状态循环控制单元2024触发器U4的Q1端输出高电平时，N沟道MOSFETQ4处于导通状态，使LED驱动模块203的U2 CS端的检测电阻阻值降低，进而加大了流过LED光源30的电流，使LED光源30的亮的变大；当状态循环控制单元2024触发器U4的Q1端输出低电平时，N沟道MOSFETQ4处于关闭状态，使LED驱动模块203的U2 CS端的检测电阻阻值增加，进而减小了流过LED光源30的电流，使LED光源30的亮的减小。

在上述多极调光与开关模块中，状态循环控制单元2024接收所述按键单元2023产生的触发信号，通过开关控制单元2025和亮度选择单元(2026)控制所述LED光源30的开关状态和亮度。

以上结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (11)

1.一种控制器(20)，用于对含光伏组件(10)、LED光源(30)和蓄电池(40)的太阳能灯具的控制，包括LED驱动模块(203)，其特征在于，还包括与所述LED驱动模块(203)连接的充放电控制模块(201)，用于保护所述蓄电池(40)免于过充电和过放电。

2.权利要求1所述的控制器(20)，其特征在于，

所述充放电控制模块(201)包括控制单元(2014)以及与该控制单元(2014)相连接的电压检测单元(2011)、过流检测单元(2012)、充放电开关控制单元(2013)、二极管(D1)和电容(C4)，

其中，所述控制单元(2014)接收所述电压检测单元(2011)和过流检测单元(2012)的信号，控制所述控制单元(2014)开启和关断充电和放电回路。

3.权利要求2所述的控制器(20)，其特征在于，

所述电压检测单元(2011)的输入端与所述蓄电池(40)的正极连接，所述电压检测单元(2011)的输出端与所述控制单元(2014)连接；

所述过流检测单元(2012)的输入端与所述光伏组件(10)的负端连接，所述过流检测单元(2012)的输出端与所述控制单元(2014)连接；

所述充放电开关控制单元(2013)的两端分别连接所述蓄电池(40)的负极与所述光伏组件(10)的负端，所述充放电开关控制单元(2013)的输入端与所述控制单元(2014)连接；

所述二极管(D1)的输入端(1)连接所述光伏组件(10)的正端，所述二极管(D1)的输出端(2)连接所述电压检测检测单元(2011)的输入端；

所述电容(C4)的第一端连接所述二极管(D1)的输出端(2)，所述电容(C4)的第二端连接所述接光伏组件(10)的负端。

4.权利要求2所述的控制器(20)，其特征在于，

所述控制单元(2014)是单片机或通用管理芯片。

5.权利要求2所述的控制器(20)，其特征在于，

所述充放电开关控制单元(2013)包括双N沟道MOSFET(Q2)，用于在控制单元(2014)的输出信号控制下，实现对所述蓄电池(40)的充电和放电回路的开启和关断。

6.权利要求1所述的控制器(20)，其特征在于，

还包括与所述LED驱动模块(203)连接的多极调光与开关模块(202)，用于控制所述LED光源(30)的开、关状态以及亮度。

7.权利要求6所述的控制器(20)，其特征在于，

所述多极调光与开关模块(202)包括状态循环控制单元(2024)以及与该状态循环控制单元(2024)连接的供电单元(2021)、上电状态锁定单元(2022)、按键单元(2023)、开关控制单元(2025)和亮度选择单元(2026)，

其中，所述状态循环控制单元(2024)接收所述按键单元(2023)产生的触发信号，通过开关控制单元(2025)和亮度选择单元(2026)控制所述LED光源(30)的开关状态和亮度。

8.权利要求7所述的控制器(20)，其特征在于：

所述供电单元(2021)的输入端与所述蓄电池(40)的正端连接，所述供电单元(2021)的地端与所述光伏组件(10)的负端连接；

所述上电状态锁定单元(2022)的输入端与所述供电单元2021的输出端连接，所述上电状态锁定单元(2022)的地端与所述光伏组件(10)的负端连接；

所述按键单元(2023)的输入端与所述供电单元(2021)的输出端连接，所述按键单元(2023)的地端与所述光伏组件(10)的负端连接；

所述状态循环控制单元(2024)的RESET端与所述上电状态锁定单元(2022)的输出端连接，所述状态循环控制单元(2024)的电源端VCC与所述供电单元(2021)的输出端连接，所述状态循环控制单元(2024)的CP端与所述开关控制单元(2025)的输出端连接，所述状态循环控制单元(2024)的Q0端与所述开关控制单元(2025)输入端连接，所述状态循环控制单元(2024)的Q1端与所述亮度选择单元(2026)连接，所述状态循环控制单元(2024)的地端与所述光伏组件(10)的负端连接；

所述开关控制单元(2025)的地端与所述光伏组件(10)的负端连接；

所述亮度选择单元(2026)的地端与所述光伏组件(10)的负端连接。

9.权利要求7所述的控制器(20)，其特征在于：

所述状态循环控制单元(2024)包括触发器(U4)、电容(C11)、电阻(R9)和二极管(D3)，其中：

所述触发器(U4)、电阻(R9)和二极管(D3)组成一个逻辑门电路，根据所述按键单元(2023)产生的状态循环触发信号实现所述LED光源(30)的开、关状态和亮度的循环控制；

所述电容(C11)的第一端与所述触发器(U4)的VCC端连接，所述电容(C11)的第二端与所述光伏组件(10)的负端连接，所述电容C11具有去耦合作用。

10.权利要求7所述的控制器(20)，其特征在于，

所述按键单元(2023)包括轻触开关(SW1)、电容(C13)和电阻(R10)，

所述轻触开关(SW1)与所述电容(C13)并联之后与所述电阻(R10)串联。

11.一种太阳能灯具，包括权利要求1至10任一项所述的控制器(20)以及与该控制器连接的光伏组件(10)、LED光源(30)和蓄电池(40)。

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