CN102300373A

CN102300373A - 控制恒流一体机及具有该控制恒流一体机的光伏路灯照明系统

Info

Publication number: CN102300373A
Application number: CN2011102342194A
Authority: CN
Inventors: 邢磊; 吴帆; 王少辉
Original assignee: Beijing Remote Power Renewable Energy Technology Developing Co Ltd
Current assignee: Beijing Remote Power Renewable Energy Technology Developing Co Ltd
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2011-12-28

Abstract

本发明提供了一种控制恒流一体机，包括太阳能控制器及LED恒流源，所述太阳能控制器设有一单片机并包含有输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。相较于现有技术，本发明所述控制恒流一体机结合了太阳能控制器和LED恒流源，大大降低了安装及维护的难度，同时也能提高光伏照明系统的效率。

Description

控制恒流一体机及具有该控制恒流一体机的光伏路灯照明系统

【技术领域】

本发明涉及光伏照明领域，尤其涉及一种能对光伏储能蓄电池充放电状态进行自动控制并提供恒流电源输出的控制恒流一体机。

【背景技术】

太阳能光伏控制器恒流一体机是对储能蓄电池充放电状态进行自动控制并提供恒流电源输出的高效电子装置，主要用于太阳能光伏直流供电系统、尤其适合在以LED为光源的各种太阳能光伏照明系统之中使用。近年来LED技术发展很快，在照明和显示方面得到了广泛的应用，其环保、寿命长、高效节能、低温工作性能优越、直流低电压驱动等特点，十分符合太阳能光伏照明系统的工作特点，因此在光伏照明和指示系统中成为主要的光源，大有替代三基色节能灯具的趋势。据统计，目前我国每年仅推广应用的太阳能光伏路灯大约有30万套，其中采用LED光源的已超过40％以上。理论上LED的使用寿命可以达到10万小时以上，但在实际应用过程中，由于LED恒流源的设计及驱动方式选择不当，使得LED寿命缩短，并且极易于损坏。以白光LED典型规格为例，按照LED的电流、电压变化规律，一般应用正向电压为3.0-3.6V左右，典型值电压为3.3V，电流为330mA，当加于LED两端的正向电压超过3.6V后，正向电压很小的增加，LED的正向电流都有可能会成倍增涨，使LED发光体温升过快，从而加速LED光衰减，甚至烧毁LED。由于LED发光亮度在一定范围内与通过的电流量几乎呈线性正比关系(如图1所示)，因此要使LED每个灯珠发出相同的亮度时，必须使其通过LED的电流量一致，同时还要保证其电流不能超过一定限度。但是光伏系统中蓄电池的端电压会随着充电状态的改变在一定范围内波动，所以，具有恒流输出功能的充放电控制器在以LED为负载的光伏系统中就成为必不可少的平衡部件。

根据LED的电压、电流变化特性，要做到既能避免驱动电流超出最大额定值，影响其可靠性，又要获得预期的亮度，并保证各个LED的亮度、色度的一致性，就要求现有控制器必须具备恒流输出的功能。目前市场上的LED驱动器有很多，但大多数驱动器的效率、稳定性和可靠性都不高，有些驱动器的自耗电甚至超过了LED的耗电量，其它的驱动器的效率一般也只能做到60％-70％左右。因此性能稳定、高效率、工作可靠的控制恒流一体机就显得尤为重要。

在目前的技术水平下，太阳能光伏组件的光电转换效率一般在14-16％左右，而且价格昂贵，发电成本较高，因此如何高效的利用有限的电能就成为光伏系统关键的问题。LED高效节能的特性无疑成为了光伏照明系统的最佳选择。但传统的光伏路灯系统的安装方式却有很多弊端，如图2、3所示，在以上系统中，光伏组件和LED灯具需安装在灯杆的顶端，蓄电池和太阳能控制器则安装在灯杆底部，LED恒流源安装在LED灯具之中。由于目前的安装方式通常LED恒流源与LED灯头安装在灯柱上，一般路灯的高度都在10米以上，一旦LED恒流源工作出现了问题，那么要对它进行更换就需要动用吊车或升降云梯，维护成本极高，且目前产品的LED恒流源与太阳能控制器是相互独立的两种产品，在实际应用当中连接复杂，在施工当中容易出错，且两者各自用独立的芯片进行控制，其稳定性，效率受到影响；另外，LED恒流源一般被集成在灯杆当中，而太阳能控制器与LED恒流源之间的连线较长，太阳能控制器的低电压大电流输出，在通常长度为20米左右的连线当中线损很大，降低了电量的有效利用率。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种控制恒流一体机，其可有效提高恒流源的转换效率和稳定性，同时方便安装和维护。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种控制恒流一体机，包括太阳能控制器及LED恒流源，所述太阳能控制器设有一单片机并包含有输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。

一种光伏路灯照明系统，包括一控制恒流一体机、LED灯具、灯杆、位于所述灯杆内的蓄电池以及位于灯杆顶部的光伏组件，所述光伏组件通过导线与所述控制恒流一体机电性连接，所述控制恒流一体机包括太阳能控制器及LED恒流源，所述太阳能控制器设有一单片机并包含有输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。

相较于现有技术，本发明所述控制恒流一体机结合了太阳能控制器和LED恒流源，大大降低了安装及维护的难度，同时也能提高光伏照明系统的效率。

【附图说明】

图1为LED灯发光亮度与通过其的电流量的曲线图。

图2为传统的LED光伏路灯照明系统示意图。

图3为图2所述的光伏路灯照明系统的线路图。

图4为本发明所述的控制恒流一体机的架构图。

图5为本发明所述的控制恒流一体机的单片机控制电路图。

图6为本发明所述的控制恒流一体机的电源变换电路图。

【具体实施方式】

本发明提供一种应用于光伏路灯系统上的控制恒流一体机，其同时兼具太阳能控制器和恒流输出的功能，所述控制恒流一体机包括一太阳能控制器及LED恒流源，请参阅图4所示，所述太阳能控制器由单片机作为控制单元进行电路控制，其包含有输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。其中，所述PWM稳压控制部分的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件导通的脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流稳定、电源效率极高，预计可以达到90％～95％，输出电压、电流稳定，并且设计相应的保护措施。所述单片机的控制电路图请参图5所示。所述控制器具有电源转换功能，其电源转换电路参图6所示，其可将路灯照明系统内的蓄电池电压进行升压。

本发明为采用了太阳能控制器结合LED恒流源驱动器的二合一新型产品，具备太阳能控制器的充放电功能，LED恒流源部分也具备了过压、欠压、过流等保护功能，以及半功率和开关灯时间管理功能。

在光伏路灯照明系统中，本发明所述的控制恒流一体机结合灯杆、位于灯杆内的蓄电池、LED灯具、以及光伏组件共同形成一光伏照明系统，所述光伏组件通过其内部的光伏电池将产生的电流传至所述控制恒流一体机及所述蓄电池内，所述LED灯具通过导线与所述蓄电池和所述控制恒流一体机电性连接。

另外，由于光伏组件发电不易，转化效率低，因此如何有效的利用电能成了工作重点，在太阳能系统中，LED恒流源的转化效率就决定了电能的利用率。传统的恒流源效率在85％--90％左右，本发明采用了软开关技术，可以使转化效率达到90％--95％左右，提高了功率密度，缩小了恒流源体积，使之能与控制器集成在一起成为可能。

所述LED恒流源通过提高工作频率，降低了滤波电容的容量，也因此降低了纹波电流，再通过π型滤波电路技术，使恒流源的电源输入端纹波降低到120mV以下，避免了因纹波太大而造成单片机工作不正常，提高了产品的可靠性。

本产品采用了软开关技术和单片机配合的软启动技术。不但提高了产品的转化效率，也通过软启动技术达到开灯渐亮的效果，同时降低了启动时的峰值电流，提高了产品的可靠性和抗干扰能力。

现有的光伏路灯照明系统通常使用的蓄电池的额定电压为12V，太阳能控制器与LED灯具之间如果用RV1.5的铜导线，假设路灯高10米，那么线长为10X2米的铜导线的电阻R为0.226Ω。如果灯具的功率为60W，当电压为12V时导线内的电流为5A，那么根据公式P＝I²R在导线上消耗掉的功率就为5.65W。但如果采用恒流一体机，在太阳能控制器段就通过DC/DC变换器将蓄电池电压升压后达到48V并通过恒流源送出去驱动同样功率为60W(4并15串)的LED灯头用电需求，请配合参阅图6所示的电源转换电路图。此时，导线内的电流约为1.25A，通过计算在线上损耗掉的功率为0.353W。相比之下降低了5.297W的损耗，由此可以使蓄电池内有限电量得到更加充分得利用，延长亮灯时间。

以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，均属于本发明技术方案的范围之内。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。

Claims

1.一种控制恒流一体机，其特征在于：包括太阳能控制器及LED恒流源，所述太阳能控制器设有一单片机并包含有输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。

2.一种光伏路灯照明系统，其特征在于：包括一控制恒流一体机、LED灯具、灯杆、位于所述灯杆内的蓄电池以及位于灯杆顶部的光伏组件，所述光伏组件通过导线与所述控制恒流一体机电性连接，所述控制恒流一体机包括太阳能控制器及LED恒流源，所述太阳能控制器设有一单片机并包含有输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。