CN107809825A - 用于led灯具的光伏控制器和亮度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于LED灯具的光伏控制器和亮度调节方法，所述光控制器包括：PWM控制器，以及，分别连接所述PWM控制器的滤波器和调光组件；所述滤波器和调光组件均连接至直流电源，且直流电源中设有相互连接的蓄电池和光伏电池；所述PWM控制器与LED光源组连接；所述调光组件中设有单片机，且所述单片机上的多个端口分别与所述PWM控制器的多个端口连接。本发明节能环保，且有效减少了LED灯具的供电能耗，并智能地降低LED光源的结温，减少了LED光源的功耗，并有效且可靠地延长了LED灯具的使用寿命。

Description

用于LED灯具的光伏控制器和亮度调节方法

技术领域

本发明涉及光伏供电技术领域，具体涉及一种用于LED灯具的光伏控制器和亮度调节方法。

背景技术

众所周知，大功率LED在太阳能照明领域应用受到制约的因素有多方面：一、太阳能灯具阴雨天的时候，因为发电量少，灯具经常出现不亮或亮灯时间短的问题；二、适应电压范围窄，太阳能灯具系统中，标称电压一般为DC12V和DC24V两种，市面上的太阳能LED控制器大都针对其中的一种电压，电压适应范围窄；三、LED光源功率不可调节，由于电路设计问题，不少的驱动器不具备调光功能，致使LED光源始终工作在满功率状态；四、保护功能差，驱动器不具备反接、输出短路、过压保护等功能，使用时可靠性差，电路很容易损坏；五、高温对LED光源寿命的严重影响，当大功率LED在额定电流状态下工作时，会产生热量，LED的结温如果不能控制在安全范围内，将会加速其光衰，缩短LED的使用寿命。

目前，为了降低LED光源的工作温度，目前常规的做法多是采用降低LED驱动电路工作电流，其缺点是电源供电效率低、不能充分发挥LED光源高效、节能的特性；同时，不具备调光功能的驱动器将会使LED光源即使在人车稀少的夜晚也要满功率输出，一方面LED的结温得不到控制，另一方面对日益紧缺的能源也是一种浪费。

因此，如何设计一种既能够节能又能够智能地降低控制LED光源的工作温度的控制器，是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种用于LED灯具的光伏控制器和亮度调节方法，节能环保，且有效减少了LED灯具的供电能耗，并智能地降低LED光源的结温，减少了LED光源的功耗，并有效且可靠地延长了LED灯具的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种用于LED灯具的光伏控制器，所述光控制器包括：PWM控制器，以及，分别连接所述PWM控制器的滤波器和调光组件；

所述滤波器和调光组件均连接至直流电源，且直流电源中设有相互连接的蓄电池和光伏电池；

所述PWM控制器与LED光源组连接；

所述调光组件中设有单片机，且所述单片机上的多个端口分别与所述PWM控制器的多个端口连接。

进一步地，所述调光组件还包括：上位复电单元、滤波稳压器和振荡器，且所述上位复电单元包括串联的电容CU5和电阻R；

所述电容CU5和所述滤波稳压器均连接至所述直流电源；

所述电阻R分别连接所述振荡器的一次侧和单片机，且所述振荡器的二次侧与所述单片机连接；

在所述直流电源接通后，所述直流电源输出的电压经所述滤波稳压器进行稳压和滤波后，连通所述上位复电单元和所述单片机，使得所述单片机在经所述上位复电单元进行上电复位后开始计时，并在到达计时时间时经多个端口将控制信息输出至所述PWM控制器的多个端口，以改变所述PWM控制器输出至LED光源组的电流值。

进一步地，所述振荡器包括：并联的两个电容CX1和CX2，以及，晶振；

所述电容CX1的一次侧和电容CX1的一次侧均连接至所述上位复电单元；

所述电容CX1的二次侧和电容CX1的二次侧均连接至所述单片机；

所述晶振连接在电容CX1的二次侧和电容CX2的二次侧之间。

进一步地，所述光伏控制器还包括：防反接器；

所述防反接器连接在所述直流电源和所述调光组件之间。

进一步地，所述防反接器为肖特基二极管。

进一步地，所述LED光源组包括多个串联的瓦数且规格均相同的LED灯。

进一步地，所述直流电源为DC12/24V通用电源。

进一步地，所述单片机的端口数量为2至8个，且所述单片机的各端口均连接有一个电阻，使得所述单片机的各端口经所述电阻连接至所述PWM控制器。

第二方面，本发明提供一种用于LED灯具的亮度调节方法，所述亮度调节方法应用所述的光伏控制器实现，且所述亮度调节包括：

接通所述直流电源；

根据所述光伏电池的储能情况判断当前的天气状况是否为夜晚或阴雨天；

若是，则获取所述蓄电池的剩余电量；

根据所述蓄电池的剩余电量向所述调光组件输出电压；

所述调光组件中的单片机控制所述PWM控制器调整向所述LED光源组输出的电流值，使得所述LED光源组的功率满足预设的夜晚或阴雨天的亮度要求值。

进一步地，所述调光组件中的单片机控制所述PWM控制器调整向所述LED光源组输出的电流值，包括：

所述直流电源输出的电压经所述滤波稳压器进行稳压和滤波后，连通所述上位复电单元和所述单片机，使得所述单片机在经所述上位复电单元进行上电复位后开始计时，并在到达计时时间时经多个端口将控制信息输出至所述PWM控制器的多个端口，以改变所述PWM控制器输出至LED光源组的电流值。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种用于LED灯具的光伏控制器，通过设置PWM控制器，以及，分别连接所述PWM控制器的滤波器和调光组件；所述滤波器和调光组件均连接至直流电源，且直流电源中设有相互连接的蓄电池和光伏电池；所述PWM控制器与LED光源组连接；所述调光组件中设有单片机，且所述单片机上的多个端口分别与所述PWM控制器的多个端口连接。本发明节能环保，且有效减少了LED灯具的供电能耗，并智能地降低LED光源的结温，减少了LED光源的功耗，并有效且可靠地延长了LED灯具的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的用于LED灯具的光伏控制器的结构示意图；

图2是本发明的光伏控制器中的调光组件61的电路结构示意图；

图3是本发明的用于LED灯具的光伏控制器的另一种结构示意图；

图4是本发明的光伏控制器中的LED光源组的结构示意图；

图5是本发明的光伏控制器中的滤波电路、PWM控制电路和大功率LED光源之间的路连接示意图；

图6是本发明的光伏控制器中的防反接器的电路结构示意图；

图7是本发明的应用实例中的用于LED灯具的光伏控制器的结构示意图；

图8是本发明的用于LED灯具的亮度调节方法的流程示意图；

其中，1-直流电源；11-蓄电池；12-光伏电池；2-滤波电路；21-滤波器；3-防反接电路；31-防反接器；4-PWM控制电路；41-PWM控制器；5-大功率LED光源；51-LED光源组；52-LED灯；6-调光电路；61-调光组件；62-单片机；63-上位复电单元；64-滤波稳压器；65-振荡器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例一提供一种用于LED灯具的光伏控制器的具体实施方式，参见图1，所述光伏控制器具体包括如下内容：

PWM控制器41，以及，分别连接所述PWM控制器41的滤波器21和调光组件61；所述滤波器21和调光组件61均连接至直流电源1，且直流电源1中设有相互连接的蓄电池11和光伏电池12；所述PWM控制器41与LED光源组51连接；所述调光组件61中设有单片机62，且所述单片机62上的多个端口分别与所述PWM控制器41的多个端口连接。

在上述描述中，所述直流电源1中设有相互连接的蓄电池11和光伏电池12的设置，使得光伏控制器能够将天阳能转化为电能后进行存储，并使得所述LED灯具通过存储在蓄电池11中的电量进行节能照明；所述调光组件61中设有单片机62，能够使得单片机62控制所述PWM控制器41调整向所述LED光源组51输出的电流值，使得所述LED光源组51的功率能够被调节，进而避免LED光源即使在人车稀少的夜晚也要满功率输出而造成的能源浪费和LED的结温得不到控制的缺陷，其中，所述单片机62的型号可以为EM78系列单片机62或者OTP型单片机62等。

可以理解的是，所述脉宽调制PWM控制器41是指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的器件，且在本实施例中，所述PWM控制器41可以为UC1842型号的电流型PWM控制器41，也可以采用如图5所示的一种PWM控制电路4，所述PWM控制电路4，PWM控制电路4具体是由下列元件组成：集成块U1，电阻R1、R2、R3、R5、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16，电容C2、C3、C5、C6、C7、C8、C10、C11，电感L,二极管D1，MOS管Q1和Q2，大功率LED光源5LED1～LEDn。其中R2用于设置U1的振荡频率，MOS管Q1的开关实现电感L的升压，通过二极管D1驱动后面的大功率LED光源5LED1～LEDn，在LED光源短路时MOS管Q2用于切断负载回路实现短路保护，R1、R3用于设置电路的过压保护点，LED断路或空载时实现输出为0,从而降低了功耗，增强了安全性，其它为辅助电路，不再赘述。

可以理解的是，滤波器21可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号，所述滤波器21可以采用型号为OEG系列、HZ系列或MP系列型号的滤波器21，也可以采用如图5所示的一种滤波电路2，滤波电路2由二极管TVS、电容C1和C0组成，其工作原理是：电源经双向抑制型二极管TVS、稳压电容C1和滤波电容C0为PWM控制电路44和调光电路66提供电源。

从上述描述可知，本发明的实施例所提供的用于LED灯具的光伏控制器，节能环保，且有效减少了LED灯具的供电能耗，并智能的降低LED光源的结温，减少了LED光源的功耗，并有效且可靠的延长了LED灯具的使用寿命。

在一种具体实施方式中，本发明还提供一种用于LED灯具的光伏控制器中的调光组件61的具体实施方式，参见图2，所述调光组件61具体包括如下内容：

单片机62、上位复电单元63、滤波稳压器64和振荡器65。

其中的所述上位复电单元63包括：串联的电容CU5和电阻R；所述电容CU5和所述滤波稳压器64均连接至所述直流电源1；所述电阻R分别连接所述振荡器65的一次侧和单片机62，且所述振荡器65的二次侧与所述单片机62连接。

其中的所述振荡器65包括：并联的两个电容CX1和CX2，以及，晶振Y；所述电容CX1的一次侧和电容CX1的一次侧均连接至所述上位复电单元63；所述电容CX1的二次侧和电容CX1的二次侧均连接至所述单片机62；所述晶振Y连接在电容CX1的二次侧和电容CX2的二次侧之间。

其中的所述滤波稳压器64包括：电容CU1、CU2、CU3和CU4，其工作原理为：经CU2稳压、CU1滤波后经集成块U变换输出为DC5V电压，再经CU3稳压、CU4滤波。

其中的所述单片机62的端口数量为2至8个，且所述单片机62的各端口均连接有一个电阻，使得所述单片机62的各端口经所述电阻连接至所述PWM控制器41。

具体的，在所述直流电源1接通后，所述直流电源1输出的电压经所述滤波稳压器64进行稳压和滤波后，连通所述上位复电单元63和所述单片机62，使得所述单片机62在经所述上位复电单元63进行上电复位后开始计时，并在到达计时时间时经多个端口将控制信息输出至所述PWM控制器41的多个端口，以改变所述PWM控制器41输出至LED光源组51的电流值。

从上述描述可知，本发明的实施例所提供的用于LED灯具的光伏控制器，能够准确且高效的实现对LED灯具的亮度及功率调节，提高了所述LED灯具的智能化应用程度。

在一种具体实施方式中，本发明还提供一种用于LED灯具的光伏控制器的第二种具体实施方式，参见图3，所述光伏控制器在实施例一的基础上，还具体包括如下内容：

防反接器31；所述防反接器31连接在所述直流电源1和所述调光组件61之间，且所述防反接器31为肖特基二极管。

具体的，参见图6，防反接器31具体可以为一种防反接电路3，且防反接电路3由肖特基二极管D01组成，防反接电路3的工作原理是：电流经单向二极管D01流回直流电源1的负极形成闭合回路，电源极性反接，因二极管的单向导通特性，电路不能形成回路而受到保护。

从上述描述可知，本发明的实施例所提供的用于LED灯具的光伏控制器，通过二极管的单向导通特性，能够保护光伏控制器中不形成回路。

在一种具体实施方式中，本发明还提供一种用于LED灯具的光伏控制器中的所述LED光源组51的具体实施方式，参见图4，所述LED光源组51包括如下内容：

所述LED光源组51包括多个串联的瓦数且规格均相同的LED灯52，且所述LED灯52的数量为7至18个。

从上述描述可知，本发明的实施例所提供的用于LED灯具的光伏控制器，能够保证LED灯具的亮度满足其在应用环境中的亮度要求。

为进一步的说明本方案，本发明还提供一种用于LED灯具的光伏控制器的具体应用实例，参见图2、图5至图7，所述用于LED灯具的光伏控制器具体包括如下内容：

滤波器21具体体现为滤波电路2，防反接器31具体体现为防反接电路3；PWM控制器41具体体现为PWM控制电路4；LED光源组51具体体现为大功率LED光源5；调光组件61具体体现为调光电路6。

另外，所述直流电源1为DC12/24V通用；所述PWM控制电路4为1～8路；所述大功率LED光源5为7～18颗1W LED串联；所述PWM控制电路4可以实现对大功率LED光源多时段定时调光控制，其功率调节范围为15％～100％；所述PWM控制电路4可以实现对大功率LED光源地输出空载保护、输出短路保护、输出过压保护；所述防反接电路3可以实现对电源反接保护地功能；所述光伏控制器的效率大于92％；所述PWM控制电路4的输出恒流精度高达±1％。

参见图7，用于LED灯具的光伏控制器包括：大功率LED光源5、直流电源1、滤波电路2、防反接电路3、PWM控制电路4及调光电路6。直流电源1(DC12/24V)经滤波电路2、防反接电路3给PWM控制电路4和调光电路6供电，PWM控制电路4为大功率LED光源5提供稳定的设定电流，从通电起调光电路6开始计时，计时时间到输出控制信号给PWM控制电路4，PWM控制电路4调整设定电流后输出给大功率LED光源5，从而控制大功率LED光源5的结温和降低其功耗。

其电路构成如下：

参见图5，直流电源1(蓄电池11或太阳能光伏电源)：DC12/24V。

滤波电路2由二极管TVS、电容C1和C0组成，其工作原理是：电源经双向抑制型二极管TVS、稳压电容C1和滤波电容C0为PWM控制电路4和调光电路6提供电源。

参见图6，防反接电路3由肖特基二极管D01组成，其工作原理是：电流经单向二极管D01流回直流电源1的负极形成闭合回路，电源极性反接，因二极管的单向导通特性，电路不能形成回路而受到保护。

参见图5，恒流电路由PWM控制电路4、调光电路6和大功率LED光源5组成，PWM控制电路4具体是由下列元件组成：集成块U1，电阻R1、R2、R3、R5、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16，电容C2、C3、C5、C6、C7、C8、C10、C11，电感L,二极管D1，MOS管Q1，Q2，大功率LED光源5LED1～LEDn。其中R2用于设置U1的振荡频率，MOS管Q1的开关实现电感L的升压，通过二极管D1驱动后面的大功率LED光源5LED1～LEDn，在LED光源短路时MOS管Q2用于切断负载回路实现短路保护，R1、R3用于设置电路的过压保护点，LED断路或空载时实现输出为0,从而降低了功耗，增强了安全性，其它为辅助电路，不加祥述。

参见图2，调光电路6由下列元件组成：单片机62CPU，集成块U,电阻R、Rin、RW1、RW2、RW3、RW4，电容CU1、CU2、CU3、CU4、CU5、CX1、CX2，晶振Y。其工作原理是：电源接通后，经CU2稳压、CU1滤波后经集成块U变换输出为DC5V电压，再经CU3稳压、CU4滤波，CU5与R组成上电复位电路，CX1、CX2、Y组成外接振荡电路，单片机62CPU上电复位后开始计时，计时时间到输出四路控制信号，经电阻RW1、RW2、RW3、RW4分别输出给四路PWM控制电路4，以改变PWM控制电路4的输出电流，实现大功率LED光源5的变功率调节。

所述大功率LED光源55采用7～18个1W LED串联的形式。

因此通过调光和恒流功能减缓了高温和强电流对大功率LED光源5的冲击，从而延长了LED的使用寿命；本发明专利特别适用于以大功率LED作光源的照明系统。

本发明的实施例二提供一种用上述用于LED灯具的光伏控制器实现的用于LED灯具的亮度调节方法的具体实施方式，参见图8，所述亮度调节具体包括如下内容：

步骤100：接通所述直流电源；

步骤200：根据所述光伏电池的储能情况判断当前的天气状况是否为夜晚或阴雨天；

若是，则进入步骤300，否则则持续判断；

步骤300：获取所述蓄电池的剩余电量。

步骤400：根据所述蓄电池的剩余电量向所述调光组件输出电压。

步骤500：所述调光组件中的单片机控制所述PWM控制器调整向所述LED光源组输出的电流值，使得所述LED光源组的功率满足预设的夜晚或阴雨天的亮度要求值。

在步骤500中，所述直流电源输出的电压经所述滤波稳压器进行稳压和滤波后，连通所述上位复电单元和所述单片机，使得所述单片机在经所述上位复电单元进行上电复位后开始计时，并在到达计时时间时经多个端口将控制信息输出至所述PWM控制器的多个端口，以改变所述PWM控制器输出至LED光源组的电流值。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于LED灯具的光伏控制器，其特征在于，所述光控制器包括：PWM控制器，以及，分别连接所述PWM控制器的滤波器和调光组件；

所述滤波器和调光组件均连接至直流电源，且直流电源中设有相互连接的蓄电池和光伏电池；

所述PWM控制器与LED光源组连接；

所述调光组件中设有单片机，且所述单片机上的多个端口分别与所述PWM控制器的多个端口连接。

2.根据权利要求1所述的光伏控制器，其特征在于，所述调光组件还包括：上位复电单元、滤波稳压器和振荡器，且所述上位复电单元包括串联的电容CU5和电阻R；

所述电容CU5和所述滤波稳压器均连接至所述直流电源；

所述电阻R分别连接所述振荡器的一次侧和单片机，且所述振荡器的二次侧与所述单片机连接；

在所述直流电源接通后，所述直流电源输出的电压经所述滤波稳压器进行稳压和滤波后，连通所述上位复电单元和所述单片机，使得所述单片机在经所述上位复电单元进行上电复位后开始计时，并在到达计时时间时经多个端口将控制信息输出至所述PWM控制器的多个端口，以改变所述PWM控制器输出至LED光源组的电流值。

3.根据权利要求2所述的光伏控制器，其特征在于，所述振荡器包括：并联的两个电容CX1和CX2，以及，晶振；

所述电容CX1的一次侧和电容CX1的一次侧均连接至所述上位复电单元；

所述电容CX1的二次侧和电容CX1的二次侧均连接至所述单片机；

所述晶振连接在电容CX1的二次侧和电容CX2的二次侧之间。

4.根据权利要求1所述的光伏控制器，其特征在于，所述光伏控制器还包括：防反接器；

所述防反接器连接在所述直流电源和所述调光组件之间。

5.根据权利要求4所述的光伏控制器，其特征在于，所述防反接器为肖特基二极管。

6.根据权利要求1所述的光伏控制器，其特征在于，所述LED光源组包括多个串联的瓦数且规格均相同的LED灯。

7.根据权利要求1所述的光伏控制器，其特征在于，所述直流电源为DC12/24V通用电源。

8.根据权利要求1所述的光伏控制器，其特征在于，所述单片机的端口数量为2至8个，且所述单片机的各端口均连接有一个电阻，使得所述单片机的各端口经所述电阻连接至所述PWM控制器。

9.一种用于LED灯具的亮度调节方法，其特征在于，所述亮度调节方法应用权利要求1至8任一项所述的光伏控制器实现，且所述亮度调节包括：

接通所述直流电源；

根据所述光伏电池的储能情况判断当前的天气状况是否为夜晚或阴雨天；

若是，则获取所述蓄电池的剩余电量；

根据所述蓄电池的剩余电量向所述调光组件输出电压；

所述调光组件中的单片机控制所述PWM控制器调整向所述LED光源组输出的电流值，使得所述LED光源组的功率满足预设的夜晚或阴雨天的亮度要求值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述调光组件中的单片机控制所述PWM控制器调整向所述LED光源组输出的电流值，包括：

所述直流电源输出的电压经所述滤波稳压器进行稳压和滤波后，连通所述上位复电单元和所述单片机，使得所述单片机在经所述上位复电单元进行上电复位后开始计时，并在到达计时时间时经多个端口将控制信息输出至所述PWM控制器的多个端口，以改变所述PWM控制器输出至LED光源组的电流值。