CN108235498A - 独立式太阳能led照明电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供独立式太阳能LED照明电路，包括太阳能电池板、DC‑DC变换器、LED驱动电路、LED灯具和控制单元，太阳能电池板连接DC‑DC变换器，LED驱动电路驱动电连接LED灯具，DC‑DC变换器连接LED驱动电路，控制单元分别连接DC‑DC变换器和LED驱动电路，控制单元包括驱动电路、主控单元、电压采样单元、电流采样单元、温度采样电路、电源单元、时钟单元和接口电路，驱动电路、电压采样单元、电流采样单元、温度采样电路、电源单元、时钟单元和接口电路分别连接主控单元，本发明设计合理，使用方便，提升了太阳能电池板的光电转换效率，有效地降低了系统运行成本，有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明具体涉及独立式太阳能LED照明电路。
背景技术
太阳能LED照明目前还只能用于一些特殊场合，如要普遍使用这类照明产品，还有一些问题需要研究解决：太阳能电池的转换效率还不理想,而且价格普遍偏高，发电成本有待降低；广泛使用的照明光源应该是白光LED，但国内外研制的白光LED光效和功率不够高，价格较高；大功率LED驱动技术还不成熟，高效!稳定!可靠的驱动技术有待发展；普遍使用的蓄电池寿命较短。增加了维护费用。如何延长蓄电池等器件的使用寿命问题必须解决。
发明内容
本发明的目的是为解决上述不足，提供独立式太阳能LED照明电路。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
独立式太阳能LED照明电路，包括太阳能电池板、DC-DC变换器、LED驱动电路、LED灯具和控制单元，太阳能电池板连接DC-DC变换器，LED驱动电路驱动电连接LED灯具，DC-DC变换器连接LED驱动电路，控制单元分别连接DC-DC变换器和LED驱动电路，控制单元包括驱动电路、主控单元、电压采样单元、电流采样单元、温度采样电路、电源单元、时钟单元和接口电路，驱动电路、电压采样单元、电流采样单元、温度采样电路、电源单元、时钟单元和接口电路分别连接主控单元。
主控单元采用TMS320F2812的DSP芯片。
温度采样电路采用DS18B20温度传感器。
电源单元提供1.8V和3.3V电压。
本发明具有如下有益的效果：
本发明设计合理，使用方便，提升了太阳能电池板的光电转换效率，有效地降低了系统运行成本，有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的控制单元结构图；
图3为本发明的电压采样电路；
图4为本发明的电流采样电路；
图5为本发明的温度检测电路；
图6为本发明的驱动电路；
图7为本发明的电源电路；
图8为本发明的强光照模式流程图；
图9为本发明的弱光照模式流程图；
图10为本发明的时钟单元电路图；
图11为本发明的接口电路；
图12为本发明的LED驱动电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
如图1所示，独立式太阳能LED照明电路，包括太阳能电池板1、DC-DC变换器2、LED驱动电路3、LED灯具4和控制单元5，太阳能电池板1连接DC-DC变换器2，LED驱动电路3驱动电连接LED灯具4，DC-DC变换器2连接LED驱动电路3，控制单元5分别连接DC-DC变换器2和LED驱动电路3，控制单元5包括驱动电路6、主控单元7、电压采样单元8、电流采样单元9、温度采样电路10、电源单元11、时钟单元12和接口电路13，驱动电路6、电压采样单元8、电流采样单元9、温度采样电路10、电源单元11、时钟单元12和接口电路13分别连接主控单元7。
主控单元采用TMS320F2812的DSP芯片。
温度采样电路采用DS18B20温度传感器。
电源单元提供1.8V和3.3V电压。
工作原理：肖特基二极管用来实现防反充保护，防止在太阳光线较弱时蓄电池向太阳能电池进行反向放电，DC-DC变换器用于改变太阳能电池的输出电压，配合控制器进行MPPT控制及脉冲充电控制，采样电路检测到的蓄电池充电电流经AD转换后送至DSP，根据第二章所述算法输出合适的PWM信号来调节DC-DC变换电路，从而改变太阳能电池的功率输出，采样电路检测到的蓄电池端电压经AD转换后送至DSP，判断蓄电池的荷电状态并进行相应的充放电控制，数字温度芯片用于检测蓄电池的工作温度，对蓄电池的充放电过程进行温度补偿，实时时钟芯片用于获取实时时间。
电压采样：输出电压电阻分压部分，通过这一部分得到0-3.3V的电压;然后是一个二阶滤波电路，以便减小高频信号的干扰,得到平缓
的直流电压信号，输出端加一个稳压管，使输出电压不超过3.3v，其中跟随器采用LM324，最后由DSPTMS320F2812的AD转换模块的将采集到的电压信号转换为数字信号。
电流采样：采用CSM025A型霍尔电流传感器，它应用霍尔效应闭环原理的电流传感器，能在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则波形的电流，它电流测量范围为0-+10A,额定输出电流为25mA，线形度小于0.2%，电源电压采用士15V，测量精度达到1.0%。
温度检测电路：VDD管脚接SV电压给传感器供电，DQ管脚为数据线,与TMs320F2812的I/O连接，同时接一个4.7K的上拉电阻，并接到SV的电源上，使数据线在空闲状态下能自动上拉为高电平，GND管脚接地。
驱动电路：采用光电隔离器件TPL521-1实现主电路与控制电路的电气隔离，由DSP输出的PWM信号经过光藕TPL521-1隔离上拉驱动IR2118，然后从IRZ118输出信号驱动MOSFET。
LED驱动电路：采用专用的固定频率PWM升压DC-DC转换IC 芯片，通电启动时，芯片XL6006由内置的高频方波发生器产生180KHz的固定频率方波， 控制内置的大功率MOSFET开关管在芯片SW 端产生连续的对地同频开关状态，由于在通断状态下的自感效应环形电感L 产生比输入电压高的电压，经D1续流，C3、C4滤波后，输出给LED模组供电，从而实现了DC-DC的电压转换，用DW稳压二极管在输出端取样，送入XL6006芯片的FB检测端，由芯片内置的比较器控制PWM 的脉冲宽度，将输出电压控制在所需要的36V上。负载工作电流的测量电阻Res串联在LED主回路中，流经Res的负载电流在Res上产生一电流取样电压，此电压送入FB端，由芯片内置的比较器控制PWM的脉冲宽度， 将负载电流自动控制在所需的工作电流上，芯片的PB端设有基准电压，当电路输出端过载或短路时取样电阻Res上的取样电压将高于基准电压，芯片将关闭输出，起到负载过流和短路保护的作用。
电源电路：采用TI公司的双路输出低压差线性稳压器TPS767D318，它内部有两个电压转换器，能够同时输出两路转换电
压，此芯片电压转换器输出电流的范围是0mA-1.0A，芯片的两路输出电压分别为3.3V和l.8V，电压转换速度快，具有2%的电压和温度容限，具有两个复位引脚，为外部电路提供上电复位信号，低电平有效，复位延时为200ms，芯片的封装是双列28脚TSSOP，为了保证TMS320F2812在上电过程中内部所有模块能够得到正确的复位状态，要求所有3.3V供电管脚先上电，然后才能给所有1.8V供电管脚上电。
时钟单元：反相放大器输入和输出端XI、X2引脚，连接一个32.768KHZ的石英晶体，为ISL1208提供基准时间。VBACKUP引脚作为备用电池(P_VBAT)输入端，当电源VCC失效时，为器件提供电源。ISU208芯片的串行时钟SCL和串行数据SDA引脚分别与MCU的I2C1_CL〇CK、I2C1_DATA引脚相连，建立通信连接。MCU通过I2C总线设置其内部寄存器，同时读取时间信息。
CAN总线接口： CAN控制器发送端CANjrXl与接收端CAN_RX1分别与U20 ( CTM8251)的CTXD和CRXD相连。CTM8251是一款通用CAN收发器芯片，内部集成了CAN隔离及CAN收、发器件，主要功能是将CAN控制器逻辑电平转换成CAN总线的差动电平输出。U20的CAN总线接口引脚CAN1_L、CAN1_H和CAN1_G，分别与目标设备的CAN总线接口相连以建立连接,实现数据交互。
电能主要由太阳能电池提供，负载主要是LED照明灯具，蓄电池则在不同的情况下既可能作为电源，也可能作为负载，在白天(光照强)，太阳能电池向蓄电池充电,此时蓄电池作为负载而LED灯具不工作；在晚上(光照弱)，蓄电池向LED灯具供电，此时蓄电池作为电源而太阳能电池不工作，所以可简单的将系统的工作模式设定为强光照模式和弱光照模式，通过检测太阳能电池输出电压确定系统工作在强光照模式还是弱光照模式,若太阳能电池输出电压大于3V，则系统进入强光照模式；反之，则进入弱光照模式，再根据蓄电池的荷电状态确定系统具体的工作状态。
如图8所示，进入强光照工作模式后，控制器首先检测蓄电池端电压，判定蓄电池的工作状态，以确定蓄电池的充电方式，从而执行相应的流程操作，在任一工作状态下，系统还要周期性的检测太阳能电池端电压，以判断是否进行工作模式的转换；在某一工作状态的进程中，还要周期性的检测蓄电池端电压，以判断是否进行工作状态的转换。
如图9所示，进入弱光照工作模式后，控制器首先检测蓄电池端电压，判定蓄电池的工作状态，以确定蓄电池能否为LED灯具负载供电，从而执行相应的流程操作；在任一工作状态下，系统还要周期性的检测太阳能电池端电压，以判断是否进行工作模式的转换；在某一工作状态的进程中，还要周期性的检测蓄电池端电压，以判断是否进行工作状态的转换。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.独立式太阳能LED照明电路，包括太阳能电池板、DC-DC变换器、LED驱动电路、LED灯具和控制单元，其特征在于：太阳能电池板连接DC-DC变换器，LED驱动电路驱动电连接LED灯具，DC-DC变换器连接LED驱动电路，控制单元分别连接DC-DC变换器和LED驱动电路，控制单元包括驱动电路、主控单元、电压采样单元、电流采样单元、温度采样电路、电源单元、时钟单元和接口电路，驱动电路、电压采样单元、电流采样单元、温度采样电路、电源单元、时钟单元和接口电路分别连接主控单元。
2.根据权利要求1所述的独立式太阳能LED照明电路，其特征在于：所述的主控单元采用TMS320F2812的DSP芯片。
3.根据权利要求1所述的独立式太阳能LED照明电路，其特征在于：所述的温度采样电路采用DS18B20温度传感器。
4.根据权利要求1所述的独立式太阳能LED照明电路，其特征在于：所述的电源单元提供1.8V和3.3V电压。
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