CN106304499B - 一种太阳能路灯控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能路灯控制系统，包括控制模块、太阳能板、太阳能板防反充模块、太阳能板电流采样模块、太阳能板电压采样模块、降压模块、稳压滤波模块、充电控制开关、蓄电池端。太阳能板、太阳能板防反充模块、降压模块、稳压滤波模块、充电控制开关、蓄电池端顺次连接。根据检测到太阳能板的输出电压和电流来实时调控降压模块，准确跟踪最大充电功率，使得太阳能板给蓄电池的充电始终保持最大充电功率点上，提高了充电效率。

Description

一种太阳能路灯控制系统
技术领域
本发明涉及太阳能路灯技术领域，尤其涉及太阳能路灯控制系统。
背景技术
太阳能路灯是采用晶体硅太阳能电池供电，免维护阀控式密封蓄电池储存电能，超高亮LED灯具作为光源，并由智能化充放电控制系统控制，用于代替传统公用电力照明的路灯。无需铺设线缆、无需交流供电、不产生电费；采用直流供电、光敏控制；具有稳定性好、寿命长、发光效率高，安装维护简便、安全性能高、节能环保、经济实用等优点。可广泛应用于城市主、次干道、小区、工厂、旅游景点、停车场等场所。
然而，现有的太阳能路灯的控制系统，具有以下的不足：
(1)太阳能板给蓄电池的充电时，采用直充的形式太阳能板利用率不高。
(2)当蓄电池的温度过高或者过低时，太阳能路灯控制系统将直接停止太阳能板为蓄电池充电，导致白天太阳能资源无法得到充分利用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种太阳能路灯控制系统，(1)该太阳能路灯控制系统的控制模块根据太阳能板电压采样模块、太阳能板电流采样模块检测到太阳能板的输出电压和电流来实时调控降压模块，准确跟踪最大充电功率，使得太阳能板给蓄电池的充电始终保持最大充电功率点上，解决了现有的太阳能路灯的控制系统采用直充的形式导致太阳能板利用率不高的问题；(2) 该太阳能路灯控制系统的控制模块根据温度检测模块检测到的蓄电池温度，在蓄电池的温度过高或者过低时，控制散热驱动模块、加热驱动模块为蓄电池散热或加热，使得蓄电池在温度过高或过低时能够回到正常温度并重新充电，解决了现有太阳能路灯控制系统因蓄电池的温度过高或者过低不能充电，白天太阳能资源无法得到充分利用的问题。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种太阳能路灯控制系统，包括控制模块、太阳能板、太阳能板防反充模块、太阳能板电流采样模块、太阳能板电压采样模块、降压模块、稳压滤波模块、充电控制开关、蓄电池端。太阳能板、太阳能板防反充模块、降压模块、稳压滤波模块、充电控制开关、蓄电池端顺次连接。所述控制模块包含电流信号滤波放大单元、电压信号滤波放大单元、功率运算单元、功率比较单元、信号驱动单元；太阳能板电流采样模块与电流信号滤波放大单元相连接；太阳能板电压采样模块与电压信号滤波放大单元相连接；电流信号滤波放大单元、电压信号滤波放大单元分别与功率运算单元相连接；功率运算单元、功率比较单元、信号驱动单元、降压模块依次连接。
信号驱动单元输出PWM脉冲信号逐渐调整降压模块输出电压的变化，使得太阳能板输出的功率始终朝大的方向改变；电流信号滤波放大单元对太阳能板电流采样模块实时采集的电流信号进行滤波和放大处理；电压信号滤波放大单元对太阳能板电压采样模块实时采集的电压信号进行滤波和放大处理；功率运算单元将电流信号滤波放大单元和电压信号滤波放大单元分别处理后的各阶段的电流、电压信号转化成数字量，并根据电流、电压信号计算出太阳能板各阶段的输出的功率；功率比较单元对功率运算单元输出的各阶段的功率值进行比较，从而找到最大功率点；功率比较单元调整信号驱动单元输出PWM脉冲信号的占空比，使得太阳能板工作在最大功率点上。
进一步地，还包括电池电压采样模块、电池电流采样模块、散热驱动模块、加热驱动模块、温度检测模块。太阳能板防反充模块经过太阳能板电流采样模块与降压模块相连接。温度检测模块用于对蓄电池端上的蓄电池的温度进行采样，并且将蓄电池的温度采样信息发送给控制模块。稳压滤波模块并且分别与散热驱动模块、加热驱动模块相连接。太阳能板电压采样模块与太阳能板的输出端相连接；太阳能板电压采样模块对太阳能板输出的电压进行采样，并将电压采样信息发送给控制模块。太阳能板电流采样模块对太阳能板输出的电流进行采样，并将采样信息发送给控制模块。电池电压采样模块与蓄电池端相并联；电池电压采样模块对蓄电池端上的蓄电池的电压进行采样，并将电压采样信息发送给控制模块。蓄电池端与电池电流采样模块相连接；电池电流采样模块对蓄电池端上的蓄电池的电流进行采样，并将电流采样信息发送给控制模块。
进一步地，还包括升压模块、负载端、负载防短路模块、负载电压采样模块、负载电流采样模块。稳压滤波模块经过升压模块与负载端相连接。负载端与负载防短路模块相连接。负载电压采样模块与负载端相并联；负载电压采样模块对负载端上的负载的电压进行采样，并将采样信息发送给控制模块。负载防短路模块与负载电流采样模块相连接；负载电流采样模块对负载端上的负载的电流进行采样，并将采样信息发送给控制模块。
进一步地，降压模块包含P型MOS管Q1、稳压管D13、电阻R1、R2、R34、R35、R39、信号处理芯片U2、NPN型三极管Q12、电容C14。控制模块经过电阻R35与NPN型三极管Q12的基极相连接；NPN型三极管Q12的集电极经过电阻R34与直流电压源相连接；NPN型三极管Q12的集电极与信号处理芯片U2的输入端相连接；NPN型三极管Q12的发射极经过电阻R39接地；信号处理芯片U2的输出端与P型MOS管Q1的栅极相连接；P型MOS管Q1的源极与太阳能板电流采样模块相连接；P型MOS管Q1的漏极与稳压滤波模块相连接；电阻R1、稳压管D13分别并联在P型MOS管Q1的栅极与源极之间。
进一步地，加热驱动模块包含P型MOS管Q18、NPN型三极管Q21、稳压管D15、电阻R68、R71、R73。P型MOS管Q18的源极与稳压滤波模块的输出端相连接；P型MOS管Q18的漏极与加热膜相连接；稳压管D15、电阻R68分别并联在P型MOS管Q18栅极与源极之间；P型MOS管Q18的栅极经过电阻R71连接NPN型三极管Q21的集电极；NPN型三极管Q21的发射极接地；控制模块经过电阻R73连接NPN型三极管Q21的基极。
进一步地，散热驱动模块包含P型MOS管Q19、NPN型三极管Q22、稳压管D16、电阻R69、R72、R74。P型MOS管Q19的源极与稳压滤波模块的输出端相连接；P型MOS管Q19的漏极与风扇相连接；稳压管D16、电阻R69分别并联在P型MOS管Q19栅极与源极之间；P型MOS管Q19的栅极经过电阻R72连接NPN型三极管Q22的集电极；NPN型三极管Q22的发射极接地；控制模块经过电阻R74连接NPN型三极管Q22的基极。
进一步地，太阳能板防反充模块包含NPN型三极管Q9、P型MOS管Q6、稳压管D5、电阻R9、R13、R14。P型MOS管Q6的漏极与太阳能板的正极相连接；P型MOS管Q6的源极连接太阳能板电流采样模块的输入端；P型MOS管Q6的栅极经过电阻R13与NPN型三极管Q9的集电极相连接；电阻R9、稳压管D5分别并联在P型MOS管Q6的栅极与源极之间；NPN型三极管Q9的发射极接地；控制模块经过电阻R14与NPN型三极管Q9的基极相连接。
进一步地，电池电流采样模块包含电阻R10、R21、R32、R36、R33、R37、运算放大器UIA、电容C11、C13、C12、C8。直流电压源依次经过电阻R10、R21、R31接地；电阻R10与电阻R21的公共结点经过电阻R32连接运算放大器UIA的正相输入端，运算放大器UIA的正相输入端经过电容C11接地；运算放大器UIA的反相输入端经过电阻R36接地；运算放大器UIA的输出端经过电阻R33与控制模块相连接；电阻R33的输出端经过电容C12接地；运算放大器UIA的输出端并且经过电阻R46与算放大器UIA的反相输入端相连接；电容C13接在运算放大器UIA的输出端与反相输入端之间；运算放大器UIA的电源输入端连接直流电压源，并且经过电容C8接地。
进一步地，充电控制开关包含P型MOS管Q17、NPN型三极管Q20、稳压管D14、电阻R67、R70、R75。P型MOS管Q17的源极与稳压滤波模块相连接；P型MOS管Q17的漏极蓄电池相连接；稳压管D14、电阻R67分别并联在P型MOS管Q17的栅极与源极之间；P型MOS管Q17的栅极经过电阻R70与NPN型三极管Q20的集电极相连接；NPN型三极管Q20的发射极接地；控制模块经过电阻R75与NPN型三极管Q20的基极相连接。
进一步地，升压模块包含N型MOS管Q4、二极管D2、电容C4、电阻R11、R18、R44、R47、信号处理芯片U3。二极管D2的阳极与稳压滤波模块相连接，二极管D2的阴极与负载端相连接；N型MOS管Q4的漏极与二极管D2的阳极相连接；N型MOS管Q4的源极接地；控制模块经过电阻R44与信号处理芯片U3的输入端相连接；信号处理芯片U3的输入端并且经过电阻R47接地；信号处理芯片U3的输出端经过电阻R11与N型MOS管Q4的栅极相连接，并且N型MOS管Q4的栅极经过电阻R18接地。
进一步地，负载电压采样模块包含电阻R5、R12、电容C5。负载端是输入端依次经过电阻R5、R12接地；电阻R5与电阻R12的公共结点与控制模块相连接，并且电阻R5与电阻R12的公共结点经过电容C5接地。
本发明的有益效果：
(1)该太阳能路灯控制系统的控制模块根据太阳能板电压采样模块、太阳能板电流采样模块检测到太阳能板的输出电压和电流来实时调控降压模块，准确跟踪最大充电功率，使得太阳能板给蓄电池的充电始终保持最大充电功率点上，提高了太阳能板的利用率。
(2) 该太阳能路灯控制系统的控制模块根据温度检测模块检测到的蓄电池温度，在蓄电池的温度过高或者过低时，控制散热驱动模块、加热驱动模块为蓄电池散热或加热，使得蓄电池在温度过高或过低时能够回到正常温度并重新充电，使得白天太阳能资源得到充分利用。
附图说明
图1为本发明的电路结构方框图。
图2为图1中的第一部分的电路原理图。
图3为图1中的第二部分的电路原理图。
图4为图1或图2中的降压模块4中的BUCK驱动电路的原理示意图。
图5为图1或图2中的升压模块7中的BOOST驱动电路的原理示意图。
图6为图1或图2中的负载电流采样模块16中的运算放大电路的原理示意图。
图7为图1或图2中的太阳能板电流采样模块3中的运算放大电路的原理示意图。
图8为图1或图3中的电池电流采样模块14中的运算放大电路的原理示意图。
图9为图1中温度检测模块18的电路原理图。
其中，图1至图9的附图标记为：太阳能板1、太阳能板防反充模块2、太阳能板电流采样模块3、降压模块4、稳压滤波模块5、充电控制开关6、升压模块7、负载端8、加热驱动模块9、散热驱动模块10、负载防短路模块11、太阳能板电压采样模块12、电池电压采样模块13、电池电流采样模块14、负载电压采样模块15、负载电流采样模块16、蓄电池端17、温度检测模块18。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种太阳能路灯控制系统，包括控制模块、太阳能板1、太阳能板防反充模块2、太阳能板电流采样模块3、降压模块4、稳压滤波模块5、充电控制开关6、升压模块7、负载端8、加热驱动模块9、散热驱动模块10、负载防短路模块11、太阳能板电压采样模块12、电池电压采样模块13、电池电流采样模块14、负载电压采样模块15、负载电流采样模块16、蓄电池端17、温度检测模块18。
太阳能板1、太阳能板防反充模块2、太阳能板电流采样模块3、降压模块4、稳压滤波模块5、充电控制开关6、蓄电池端17顺次连接。稳压滤波模块5并且分别与散热驱动模块10、加热驱动模块9相连接。稳压滤波模块5并且经过升压模块7与负载端8相连接。温度检测模块18用于检测蓄电池的温度，并将温度信息传送给控制模块。太阳能板防反充模块2、降压模块4、升压模块7、散热驱动模块10、加热驱动模块9、负载防短路模块11分别接收控制模块的控制信号。太阳能板电流采样模块3对太阳能板1输出的电流进行采样，并将采样信息发送给控制模块。太阳能板电压采样模块12与太阳能板1的输出端相连接；太阳能板电压采样模块12对太阳能板1输出的电压进行采样，并将采样信息发送给控制模块。电池电压采样模块13与蓄电池端17相并联；电池电压采样模块13对蓄电池端17上的蓄电池的电压进行采样，并将采样信息发送给控制模块。蓄电池与电池电流采样模块14相连接；电池电流采样模块14对蓄电池的电流进行采样，并将采样信息发送给控制模块。负载电压采样模块15与负载端8上的负载相并联，负载电压采样模块15对负载端8上的负载的电压进行采样，并将采样信息发送给控制模块。负载端8与负载防短路模块11相连接。负载防短路模块11与负载电流采样模块16相连接；负载电流采样模块16对负载端8上的负载的电流进行采样，并将采样信息发送给控制模块。
降压模块4为一个带MPPT的buck电路，用于调控太阳能板1对蓄电池端17的蓄电池进行充电。控制模块分别通过太阳能板电压采样模块12、太阳能板电流采样模块3采集太阳能板1的电压和电流；控制模块根据计算、比较功率的变化，再通过电压扰动法与电导增量法相结合调节降压模块4，快速找到最大功率点，并且准确跟踪最大充电功率。太阳能板防反充模块2正向导通。夜晚，太阳能板1不对蓄电池充电时，控制模块控制太阳能板防反充模块2反向截止，防止蓄电池对太阳能板1反向充电。并且，当太阳能板1被接反时，控制模块通过太阳能板电流采样模块3检测到太阳能板1被反接，控制模块将判定为夜晚，控制太阳能板防反充模块2反向截止，防止蓄电池对太阳能板1反向充电。控制模块分别通过电池电压采样模块13、电池电流采样模块14采集蓄电池端17的电压和电流。在蓄电池过放后，控制模块发出信号调控降压模块4，使得蓄电池先以小电流0.05C恒流进行预充电；待蓄电池电压上升到一定值的时候（根据不同的锂电池，这个值不一样）；控制模块调控降压模块4，使得蓄电池以0.2C进行恒流充电；当蓄电池的电压达到接近饱和的时候，控制模块调控降压模块4，蓄电池开始以一过充电压进行恒压充电，直到充电电流小于0.05C的时候，直至蓄电池充电结束。采用MPPT法对蓄电池充电进行精确控制，能够有效的延长蓄电池的使用寿命。温度检测模块18靠近蓄电池，用于检测蓄电池的温度。低温天气的白天，控制模块控制散热驱动模块10断开。当蓄电池的温度低于-5度时，控制模块关断充电控制开关6，使得太阳能板1不能给蓄电池充电；然后，启动加热驱动模块9；稳压滤波模块5输出的电压通过加热驱动模块9为电热膜供电，电热膜为蓄电池加热。当温度检测模块18检测到蓄电池的温度升高到0度时，控制模块关闭加热驱动模块9，并重新导通充电控制开关6，太阳能板1重新为蓄电池充电。在充电过程中，蓄电池的温度在寒冷环境中会慢慢的下降，直至温度低于-5度时，系统重复上述蓄电池加热的过程。同理，在高温天气下，当温度检测模块18检测到蓄电池的温度高于55度时，充电控制开关6仍处于导通状态，控制模块启动散热驱动模块10；稳压滤波模块5输出的电压通过散热驱动模块10为风扇供电，风扇在蓄电池充电的状态下为蓄电池散热。如果蓄电池的温度超60度时，控制模块则关断充电控制开关6，太阳能板1停止为蓄电池充电，散热驱动模块10继续驱动风扇为蓄电池散热。当蓄电池的温度低于58度时，重新导通充电控制开关6, 稳压滤波模块5即给风扇供电又给电池充电。当蓄电池的温度低于52度时，控制模块则关断散热驱动模块10，风扇停止工作，稳压滤波模块5只给电池充电。散热驱动模块10停止工作，充电控制开关6导通，风扇不工作，太阳能板1继续为蓄电池充电。在夜间，蓄电池端17的蓄电池输出电压依次通过充电控制开关6、稳压滤波模块5、升压模块7为负载端8上的负载供电；太阳能板防反充模块2反向截止，使得蓄电池无法对太阳能板1反向充电。控制模块通过负载电压采样模块15、负载电流采样模块16对负载的工作电压和电流进行采样，并且根据采样信息调整升压模块7，使得升压模块7为负载输出稳定的工作电压和电流。当负载发生短路时，负载电流采样模块16采集的电流信息会超过一阈值，控制模块将控制负载防短路模块11断开，使得升压模块7无法为负载供电。
控制模块包含电流信号滤波放大单元、电压信号滤波放大单元、功率运算单元、功率比较单元、信号驱动单元。电流信号滤波放大单元与太阳能板电流采样模块3相连接；电压信号滤波放大单元与太阳能板电压采样模块12相连接。电流信号滤波放大单元、电压信号滤波放大单元分别与功率运算单元相连接。功率运算单元、功率比较单元、信号驱动单元依次连接。信号驱动单元与降压模块4相连接。
信号驱动单元输出PWM脉冲信号来控制降压模块4输出电压的变化，使得太阳能板1输出的功率始终朝大的方向改变。信号驱动单元控制降压模块4首先让太阳能板1以某个电压输出，电流信号滤波放大单元对太阳能板电流采样模块3采集的电流信号进行滤波和放大处理。电压信号滤波放大单元对太阳能板电压采样模块12采集的电压信号进行滤波和放大处理。功率运算单元根据电流信号滤波放大单元和电压信号滤波放大单元分别处理后的电流、电压信号计算出太阳能板1输出的功率。信号驱动单元调整输出PWM脉冲信号的占空比，然后重复前面的操作，功率运算单元再计算出太阳能板1输出的功率。功率比较单元对功率运算单元输出的功率值进行比较，从而找到最大功率点。功率比较单元调整信号驱动单元输出PWM脉冲信号的占空比，使得太阳能板1工作在最大功率点上。
如图2和图3所示，为本发明的电路原理图。其中，图2中的端口A与图3中的端口A相连接。
如图2所示，太阳能板防反充模块2包含NPN型三极管Q9、P型MOS管Q6、稳压管D5、电阻R9、R13、R14。P型MOS管Q6的漏极与太阳能板1的正极相连接；P型MOS管Q6的源极连接太阳能板电流采样模块3的输入端；P型MOS管Q6的栅极经过电阻R13与NPN型三极管Q9的集电极相连接。电阻R9、稳压管D5分别并联在P型MOS管Q6的栅极与源极之间。NPN型三极管Q9的发射极接地。控制模块经过电阻R14与NPN型三极管Q9的基极相连接。
如图2所示，降压模块4包含P型MOS管Q1、稳压管D13、电阻R1、R2；并且包含由信号处理芯片U2、NPN型三极管Q12、电容C14、电阻R34、R35、R39构成的BUCK驱动电路。参见图4，为该BUCK驱动电路的原理图。结合图2，控制模块经过电阻R35与NPN型三极管Q12的基极相连接；NPN型三极管Q12的集电极经过电阻R34与直流电压源（VDDPV+）相连接；NPN型三极管Q12的集电极与信号处理芯片U2的输入端相连接；NPN型三极管Q12的发射极经过电阻R39接地。信号处理芯片U2的输出端与P型MOS管Q1的栅极相连接。P型MOS管Q1的源极与太阳能板电流采样模块3相连接；P型MOS管Q1的漏极与稳压滤波模块5相连接。电阻R1、稳压管D13分别并联在P型MOS管Q1的栅极与源极之间。
如图2所示，升压模块7包含N型MOS管Q4、二极管D2、电容C4、电阻R11、R18；并且包含由电阻R44、R47、信号处理芯片U3构成的BOOST驱动电路。参见图5，为该BOOST驱动电路的原理图。结合图2所示，二极管D2的阳极与稳压滤波模块5相连接，二极管D2的阴极与负载端8相连接。N型MOS管Q4的漏极与二极管D2的阳极相连接；N型MOS管Q4的源极接地。控制模块经过电阻R44与信号处理芯片U3的输入端相连接；信号处理芯片U3的输入端并且经过电阻R47接地；信号处理芯片U3的输出端经过电阻R11与N型MOS管Q4的栅极相连接，并且N型MOS管Q4的栅极经过电阻R18接地。
如图2所示，太阳能板电压采样模块12包含电阻R3、R4、R19、电容C2。太阳能板1的正极依次经过电阻R3、R4接地。电阻R3与电阻R4的公共结点与控制模块相连接；并且电阻R3与电阻R4的公共结点经过电容C2接地。并且电阻R3与电阻R4的公共结点经过电阻R19连接5V电压。
如图2所示，负载电压采样模块15包含电阻R5、R12、电容C5。负载端8是输入端依次经过电阻R5、R12接地；电阻R5与电阻R12的公共结点与控制模块相连接，并且电阻R5与电阻R12的公共结点经过电容C5接地。
如图2所示，负载防短路模块11包含N型MOS管Q3、NPN型三极管Q10、PNP型三极管Q2、Q7、二极管D3、电阻R7、R16、R29、R27、R63、R24。控制模块经过电阻R29与NPN型三极管Q10的基极相连接；直流电压源Vdd依次经过电阻R7、R16连接NPN型三极管Q10的集电极；由稳压滤波模块5与充电控制开关6的公共结点作为直流电压源Vdd；NPN型三极管Q10的发射极接地。PNP型三极管Q2的基极连接电阻R7与电阻R16的公共结点。PNP型三极管Q2的发射极与直流电压源Vdd相连接；PNP型三极管Q2的集电极与PNP型三极管Q7的基极相连接。二极管D3的阴极与PNP型三极管Q7的发射极相连接；二极管D3的阳极与PNP型三极管Q7的基极相连接。PNP型三极管Q7的基极经过电阻R27接地。PNP型三极管Q7的集电极接地；PNP型三极管Q7的发射极经过电阻R63与N型MOS管Q3的栅极相连接。N型MOS管Q3的漏极与负载的负极相连接。电阻R24接在N型MOS管Q3的栅极与源极之间。
如图2所示，负载电流采样模块16包含电阻R22、R23、R30、R15、电容C7；并且包含由电阻R41、R45、R42、运算放大器UIB、电容C15、C18、C17构成负载电流采样模块16的运算放大电路。参见图6，为负载电流采样模块16的运算放大电路的原理图。+5V直流电源依次经过电阻R22、R23、R30接地。电阻R22与电阻R23的公共结点经过电阻R41连接运算放大器UIB的正相输入端，运算放大器UIB的正相输入端经过电容C15接地。运算放大器UIB的反相输入端经过电阻R45接地；运算放大器UIB的输出端经过电阻R42与控制模块相连接；电阻R42的输出端经过电容C17接地。运算放大器UIB的输出端并且经过电阻R46与算放大器UIB的反相输入端相连接。电容C18接在运算放大器UIB的输出端与反相输入端之间。N型MOS管Q3的源极经过电阻R30接地。N型MOS管Q3的源极并且依次经过电阻R15、电容C7接地。
如图2所示，太阳能板电流采样模块3包含电阻R79；并且包含由R80、R81、R82、R83、电流采样芯片U7、电容C1、C28构成的太阳能板电流采样模块3的运算放大电路。参见图7，为负载电流采样模块16的运算放大电路的原理图。电阻R79接在太阳能板防反充模块2与降压模块4之间。电流采样芯片U7的正相输入端经过电阻R81连接电阻79的输入端，并且电流采样芯片U7的正相输入端经过电阻R83接地；电流采样芯片U7的反相输入端经过电阻R80连接电阻79的输出端；电流采样芯片U7的输出端与控制模块相连接，电阻R82并联在电流采样芯片U7的反相输入端与输出端之间。电阻R79的输出端分别经过电容C1、C28接地。
如图3所示，稳压滤波模块5包含电感L1、电容C3、二极管D4。电感L1接在降压模块4与充电控制开关6之间；电感L1的输出端经过电容C3接地；二极管D4的阴极与P型MOS管Q1的漏极相连接，二极管D4的阳极接地。二极管D4是降压模块4的续流二极管。
如图3所示，充电控制开关6包含P型MOS管Q17、NPN型三极管Q20、稳压管D14、电阻R67、R70、R75。P型MOS管Q17的源极与稳压滤波模块5相连接；P型MOS管Q17的漏极蓄电池相连接。稳压管D14、电阻R67分别并联在P型MOS管Q17的栅极与源极之间。P型MOS管Q17的栅极经过电阻R70与NPN型三极管Q20的集电极相连接。NPN型三极管Q20的发射极接地。控制模块经过电阻R75与NPN型三极管Q20的基极相连接。
如图3所示，加热驱动模块9包含P型MOS管Q18、NPN型三极管Q21、稳压管D15、电阻R68、R71、R73。P型MOS管Q18的源极与稳压滤波模块5的输出端相连接；P型MOS管Q18的漏极与加热膜相连接。稳压管D15、电阻R68分别并联在P型MOS管Q18栅极与源极之间。P型MOS管Q18的栅极经过电阻R71连接NPN型三极管Q21的集电极；NPN型三极管Q21的发射极接地；控制模块经过电阻R73连接NPN型三极管Q21的基极。
如图3所示，散热驱动模块10包含P型MOS管Q19、NPN型三极管Q22、稳压管D16、电阻R69、R72、R74。P型MOS管Q19的源极与稳压滤波模块5的输出端相连接；P型MOS管Q19的漏极与风扇相连接。稳压管D16、电阻R69分别并联在P型MOS管Q19栅极与源极之间。P型MOS管Q19的栅极经过电阻R72连接NPN型三极管Q22的集电极；NPN型三极管Q22的发射极接地；控制模块经过电阻R74连接NPN型三极管Q22的基极。
如图3所示，电池电压采样模块13包含电阻R8、R17、电容C6。蓄电池端17的输入端依次经过电阻R8、R17接地；电阻R8与电阻R17的公共结点与控制模块相连接，并且电阻R8与电阻R17的公共结点经过电容C6接地。
如图3所示，蓄电池端17包含蓄电池、N型MOS管Q5、电阻R6、R20、R31、稳压管D1。蓄电池的正极与充电控制开关6相连接；蓄电池的负极与N型MOS管Q5的漏极相连接；N型MOS管Q5的源极经过电阻R31接地；控制模块与N型MOS管Q5的栅极相连接；稳压管D1、电阻R20分别并联在N型MOS管Q5的栅极与源极之间。蓄电池的正极经过电阻R6连接N型MOS管Q5的栅极。
如图3所示，电池电流采样模块14包含电阻R10、R21；并且包含由电阻R32、R36、R33、R37、运算放大器UIA、电容C11、C13、C12、C8构成电池电流采样模块14的运算放大电路。参见图8，为电池电流采样模块14的运算放大电路的原理图。+5V直流电压源依次经过电阻R10、R21、R31接地。电阻R10与电阻R21的公共结点经过电阻R32连接运算放大器UIA的正相输入端，运算放大器UIA的正相输入端经过电容C11接地。运算放大器UIA的反相输入端经过电阻R36接地；运算放大器UIA的输出端经过电阻R33与控制模块相连接；电阻R33的输出端经过电容C12接地。运算放大器UIA的输出端并且经过电阻R37与算放大器UIA的反相输入端相连接。电容C13接在运算放大器UIA的输出端与反相输入端之间。运算放大器UIA的电源输入端连接+5V直流电压源，并且经过电容C8接地。
如图9所示，温度检测模块18包热敏电阻Rt1、电阻R50。电压为5V的电源依次经过电阻R50、热敏电阻Rt1接地。电阻R50、热敏电阻Rt1的公共结点与控制模块相连接。
该太阳能路灯控制系统的工作原理为：
太阳能板1输出的电压一路经过电阻R3、R4分压后将太阳能板1的电压信息传输给控制模块；电阻R79将太阳能板1输出的电流转化为电压信号，电流采样芯片U7对正相输入端与反相输入端的电压进行差分运算放大，然后输出太阳能板1的电流信息给控制模块进行分析。电阻R79的输出端为电流采样芯片U7提供工作所需的直流电压（VDDPV+）。控制模块根据太阳能板1输出的电压和电流信息通过电压扰动法与电导增量法相结合，发送脉冲信号(PWM_BUCK)，信号处理芯片U2对脉冲信号(PWM_BUCK)做整形放大处理，并输出脉冲信号(DIVER-P)来控制P型MOS管Q1的导通与截止的频率及时间，从而快速找到充电的最大功率点，并且准确跟踪最大充电功率。稳压管D13维持P型MOS管Q1的栅极与漏极之间的电压平衡。电感L1和电容C3构成低通滤波电路，对P型MOS管Q1输出的电压的谐波分量进行抑制。当P型MOS管Q1导通时，电感L1电流增加，电感L1储能；当P型MOS管Q1截止时，电感L1电流减小，电感释能。一个脉冲周期内电容C3充电电荷高于放电电荷时，电容C3电压升高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容C3电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。这种过程是电容C3上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容C3上充放电也达到平衡。
太阳能板1放电时，电流从P型MOS管Q6的寄生二极管流过。夜晚，太阳能板1不对蓄电池充电时，控制模块发出截止信号(CTR_PV)通过NPN型三极管Q9控制P型MOS管Q6反向截止，防止蓄电池对太阳能板1反向充电。并且，当太阳能板1被接反时，蓄电池对太阳能板1反向充电，电阻R79上的电流方向发生变化，被控制模块检测到控制模块从而判断太阳能板1被反接，控制模块将判定为夜晚，控制模块发出截止信号(CTR_PV)控制P型MOS管Q6反向截止，防止蓄电池对太阳能板1反向充电。
电阻R8与R17的公共结点处的电压随着蓄电池的电压变化而变化，电阻R8与R17公共结点采集蓄电池的充电电压采样信号 (BATsample)，并发送给控制模块。蓄电池充电时，N型MOS管Q5导通，电阻R10与R21公共结点输出蓄电池的充电电流的变化信息(IC)，运算放大器UIA对充电电流的变化信息(IC)进行同相比例运算放大，并输出充电电流采样信号(IC_sample)给控制模块。在蓄电池过放后，控制模块根据蓄电池的充电电压采样信号(BATsample)和充电电流采样信号(IC_sample)调整P型MOS管Q1，使得蓄电池先以小电流0.05C恒流进行预充电；待蓄电池电压上升到一定值的时候（根据不同的锂电池，这个值不一样）；控制模块调控P型MOS管Q1，使得蓄电池以0.2C进行恒流充电；当蓄电池的电压达到接近饱和的时候，控制模块调控P型MOS管Q1，蓄电池开始以一过充电压进行恒压充电，直到充电电流小于0.05C的时候，直至蓄电池充电结束。采用MPPT法对蓄电池充电进行精确控制，能够有效的延长蓄电池的使用寿命。
热敏电阻Rt1靠近蓄电池，用于检测蓄电池的温度。低温天气的白天，控制模块的散热控制端 (S-F)控制P型MOS管Q19截止。当蓄电池的温度低于-5摄氏度时，控制模块的充电控制端(S-B)控制P型MOS管Q17截止，使得太阳能板1不能给蓄电池充电；然后，控制模块的加热控制端 (S-H)控制P型MOS管Q18导通，稳压滤波模块5输出的电压通过P型MOS管Q18为电热膜供电，电热膜为蓄电池加热。控制模块在控制P型MOS管Q18导通为加热膜通电的同时，并且采用MPPT算法调控P型MOS管Q1的导通与截止的频率及时间，从而快速找到为加热膜供电的最大功率点，提高加热效率。
当电阻Rt1检测到蓄电池的温度升高到0摄氏度以上的时候，控制模块关闭加P型MOS管Q18，并重新导通P型MOS管Q17，太阳能板1重新为蓄电池充电。在充电过程中，蓄电池的温度在寒冷环境中会慢慢的下降，直至温度低于-5摄氏度时，系统重复上述蓄电池加热的过程。同理，在高温天气下，当温度检测模块18检测到蓄电池的温度高于58摄氏度时，P型MOS管Q17仍处于导通状态，控制模块的散热控制端(S-F)控制P型MOS管Q18导通；稳压滤波模块5输出的电压通过P型MOS管Q18为风扇供电，风扇在蓄电池充电的状态下为蓄电池散热。如果蓄电池的温度超过60摄氏度时，控制模块则关断P型MOS管Q17，太阳能板1停止为蓄电池充电，P型MOS管Q18继续驱动风扇为蓄电池散热。当蓄电池的温度低于55摄氏度时，P型MOS管Q18停止工作，P型MOS管Q17导通，风扇不工作，太阳能板1继续为蓄电池充电。在夜间，蓄电池端17的蓄电池输出电压依次通过P型MOS管Q17、电感L1、二极管D2为负载端8上的负载供电；P型MOS管Q6反向截止，使得蓄电池无法对太阳能板1反向充电。控制模块通过负载电压采样模块15、负载电流采样模块16对负载的工作电压和电流进行采样，并且根据采样信息发出脉冲信号(PWM-BOOST)， 信号处理芯片U3对脉冲信号(PWM-BOOST)做整形放大处理，并输出脉冲信号(DIVER-N)来控制N型MOS管Q4的导通与截止的频率和时间，使得升压模块7为负载输出稳定的工作电压和电流。当负载发生短路时，负载电流采样模块16采集的电流信息会超过一阈值，控制模块将控制N型MOS管Q3的断开，使得升压模块7无法为负载供电。太阳能板1上并联有TVS管TVS1，用以吸收浪涌。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其它改进和变化均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳能路灯控制系统，该系统的特征在于：包括控制模块、太阳能板(1)、太阳能板防反充模块(2)、太阳能板电流采样模块(3)、太阳能板电压采样模块(12)、降压模块(4)、稳压滤波模块(5)、充电控制开关(6)、蓄电池端(17)；所述太阳能板(1)、太阳能板防反充模块(2)、降压模块(4)、稳压滤波模块(5)、充电控制开关(6)、蓄电池端(17)顺次连接；所述控制模块包含电流信号滤波放大单元、电压信号滤波放大单元、功率运算单元、功率比较单元、信号驱动单元；太阳能板电流采样模块(3)与电流信号滤波放大单元相连接；太阳能板电压采样模块(12)与电压信号滤波放大单元相连接；电流信号滤波放大单元、电压信号滤波放大单元分别与功率运算单元相连接；功率运算单元、功率比较单元、信号驱动单元、降压模块(4)依次连接；
还包括电池电压采样模块(13)、电池电流采样模块(14)、散热驱动模块(10)、加热驱动模块(9)、温度检测模块(18)；太阳能板防反充模块(2)经过太阳能板电流采样模块(3)与降压模块(4)相连接；温度检测模块(18)用于对蓄电池端(17)上的蓄电池的温度进行采样，并且将蓄电池的温度采样信息发送给控制模块；稳压滤波模块(5)并且分别与散热驱动模块(10)、加热驱动模块(9)相连接；太阳能板电压采样模块(12)与太阳能板(1)的输出端相连接；太阳能板电压采样模块(12)对太阳能板(1)输出的电压进行采样，并将电压采样信息发送给控制模块；太阳能板电流采样模块(3)对太阳能板(1)输出的电流进行采样，并将采样信息发送给控制模块；电池电压采样模块(13)与蓄电池端(17)相并联；电池电压采样模块(13)对蓄电池端(17)上的蓄电池的电压进行采样，并将电压采样信息发送给控制模块；蓄电池端(17)与电池电流采样模块(14)相连接；电池电流采样模块(14)对蓄电池端(17)上的蓄电池的电流进行采样，并将电流采样信息发送给控制模块；
所述降压模块(4)包含P型MOS管Q1、稳压管D13、电阻R1、R2、R34、R35、R39、信号处理芯片U2、NPN型三极管Q12、电容C14；控制模块经过电阻R35与NPN型三极管Q12的基极相连接；NPN型三极管Q12的集电极经过电阻R34与直流电压源相连接；NPN型三极管Q12的集电极与信号处理芯片U2的输入端相连接；NPN型三极管Q12的发射极经过电阻R39接地；信号处理芯片U2的输出端与P型MOS管Q1的栅极相连接；P型MOS管Q1的源极与太阳能板电流采样模块(3)相连接；P型MOS管Q1的漏极与稳压滤波模块(5)相连接；电阻R1、稳压管D13分别并联在P型MOS管Q1的栅极与源极之间。
2.根据权利要求1所述的太阳能路灯控制系统，其特征在于：还包括升压模块(7)、负载端(8)、负载防短路模块(11)、负载电压采样模块(15)、负载电流采样模块(16)；稳压滤波模块(5)经过升压模块(7)与负载端(8)相连接；负载端(8)与负载防短路模块(11)相连接；负载电压采样模块(15)与负载端(8)相并联；负载电压采样模块(15)对负载端(8)上的负载的电压进行采样，并将采样信息发送给控制模块；负载防短路模块(11)与负载电流采样模块(16)相连接；负载电流采样模块(16)对负载端(8)上的负载的电流进行采样，并将采样信息发送给控制模块。
3.根据权利要求1所述的太阳能路灯控制系统，其特征在于：所述加热驱动模块(9)包含P型MOS管Q18、NPN型三极管Q21、稳压管D15、电阻R68、R71、R73；P型MOS管Q18的源极与稳压滤波模块(5)的输出端相连接；P型MOS管Q18的漏极与加热膜相连接；稳压管D15、电阻R68分别并联在P型MOS管Q18栅极与源极之间；P型MOS管Q18的栅极经过电阻R71连接NPN型三极管Q21的集电极；NPN型三极管Q21的发射极接地；控制模块经过电阻R73连接NPN型三极管Q21的基极。
4.根据权利要求1所述的太阳能路灯控制系统，其特征在于：所述散热驱动模块(10)包含P型MOS管Q19、NPN型三极管Q22、稳压管D16、电阻R69、R72、R74；P型MOS管Q19的源极与稳压滤波模块(5)的输出端相连接；P型MOS管Q19的漏极与风扇相连接；稳压管D16、电阻R69分别并联在P型MOS管Q19栅极与源极之间；P型MOS管Q19的栅极经过电阻R72连接NPN型三极管Q22的集电极；NPN型三极管Q22的发射极接地；控制模块经过电阻R74连接NPN型三极管Q22的基极。
5.根据权利要求1所述的太阳能路灯控制系统，其特征在于：所述太阳能板防反充模块(2)包含NPN型三极管Q9、P型MOS管Q6、稳压管D5、电阻R9、R13、R14；P型MOS管Q6的漏极与太阳能板(1)的正极相连接；P型MOS管Q6的源极连接太阳能板电流采样模块(3)的输入端；P型MOS管Q6的栅极经过电阻R13与NPN型三极管Q9的集电极相连接；电阻R9、稳压管D5分别并联在P型MOS管Q6的栅极与源极之间；NPN型三极管Q9的发射极接地；控制模块经过电阻R14与NPN型三极管Q9的基极相连接。
6.根据权利要求1所述的太阳能路灯控制系统，其特征在于：所述电池电流采样模块(14)包含电阻R10、R21、R32、R36、R33、R37、运算放大器UIA、电容C11、C13、C12、C8；直流电压源依次经过电阻R10、R21、R31接地；电阻R10与电阻R21的公共结点经过电阻R32连接运算放大器UIA的正相输入端，运算放大器UIA的正相输入端经过电容C11接地；运算放大器UIA的反相输入端经过电阻R36接地；运算放大器UIA的输出端经过电阻R33与控制模块相连接；电阻R33的输出端经过电容C12接地；运算放大器UIA的输出端并且经过电阻R37与算放大器UIA的反相输入端相连接；电容C13接在运算放大器UIA的输出端与反相输入端之间；运算放大器UIA的电源输入端连接直流电压源，并且经过电容C8接地。
7.根据权利要求1所述的太阳能路灯控制系统，其特征在于：
所述充电控制开关(6)包含P型MOS管Q17、NPN型三极管Q20、稳压管D14、电阻R67、R70、R75；P型MOS管Q17的源极与稳压滤波模块(5)相连接；P型MOS管Q17的漏极蓄电池相连接；稳压管D14、电阻R67分别并联在P型MOS管Q17的栅极与源极之间；P型MOS管Q17的栅极经过电阻R70与NPN型三极管Q20的集电极相连接；NPN型三极管Q20的发射极接地；控制模块经过电阻R75与NPN型三极管Q20的基极相连接。
8.根据权利要求2所述的太阳能路灯控制系统，其特征在于：所述升压模块(7)包含N型MOS管Q4、二极管D2、电容C4、电阻R11、R18、R44、R47、信号处理芯片U3；二极管D2的阳极与稳压滤波模块(5)相连接，二极管D2的阴极与负载端(8)相连接；N型MOS管Q4的漏极与二极管D2的阳极相连接；N型MOS管Q4的源极接地；控制模块经过电阻R44与信号处理芯片U3的输入端相连接；信号处理芯片U3的输入端并且经过电阻R47接地；信号处理芯片U3的输出端经过电阻R11与N型MOS管Q4的栅极相连接，并且N型MOS管Q4的栅极经过电阻R18接地。
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