CN109526109B - 一种太阳能路灯控制器负载保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能路灯控制器负载保护系统，通过开路保护电路、短路保护电路来实时监测负载的工作状态，当负载短路时，触发到短路保护电路的阈值后，保护电路动作，立刻关闭输出端的负载开关，同时通过中断引脚触发系统MCU，MCU通过采样比较，来确定当前的保护准确无误后，MCU关闭负载开关的驱动电路，并通过故障指示电路发出短路故障报警；当负载出现开路故障时，触发到开路保护电路阈值后，开路保护电路动作，固定升压电路的PWM占空比，使其不再升压，由单片机稳定判断该电压超出系统的设定值后，关闭升压电路的驱动信号，并通过故障指示电路发出开路故障报警。本发明采用硬件执行，软件判断的方案，提高保护的实时性和准确性。

Description

一种太阳能路灯控制器负载保护系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能路灯控制器负载保护系统。属于新能源应用技术领域。
背景技术
太阳能路灯是以太阳的光为主要能源,白天可以自主充电、晚上使用。无需铺设任何复杂、昂贵的电路管线等,同时还可以任意调整灯具的布局,安全高效节能并且无其它污染,充电和使用开关的过程采用光控自动控制,无需人工操作,工作稳定可靠,节省电费和电力资源,免维护。
太阳能路灯所运用的常规控制器分为降压和升压型两种，升压型控制器包含一个升压电路，升压电路是为了提高LED灯的工作电压，减小工作电流，提高LED使用寿命，提高转换效率。但是如果不对输出电压进行限制，其理论输出电压会无限大，不仅会损害输出设备，还会因为高压导致人身安全。
目前太阳能路灯路灯基本上都使用LED灯珠，由于制造和安装的原因，很容易导致LED铝基板短路和开路，所以现在太阳能路灯控制器都需要带有负载短路，而对于升压型控制器则需要针对升压电路进行开路保护。目前市场上的太阳能路灯控制器负载保护主要有两种：1、采用专用控制芯片来控制和保护负载，但是这种方案的生产成本比较高，对外围元器件的性能要求高；2、采用纯软件方案，由于MCU有采样误差和运行时间，很容易导致误保护和保护不及时，导致控制器损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种低成本的太阳能路灯控制器负载保护系统，可以实现降压和升压型两种太阳能控制器的负载保护，提高控制器的使用寿命。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种太阳能路灯控制器负载保护系统，包括驱动电路、负载开关以及与负载开关连接的负载，包括短路保护电路，用于接收短路保护电路信号并控制驱动电路的MCU控制，以及用于故障报警的故障指示单元，所述短路保护电路是一个比较电路，比较器的第一输入端由电阻R3、R4分压提供一个参考电压，比较器的第二输入端脚通过平衡电阻R6与负载电流采样电阻相连，比较器的输出端由两路三极管Q2、Q3构成，三极管Q2的集电极接到负载开关上，三极管Q3的集电极接到MCU控制器的中断引脚上，二极管D2，电阻R8构成一个正反馈，接在比较器的第一输入端和输出端之间；电阻R4的一端引脚与MCU控制器的I/O控制脚相连，MCU控制器的输出端与故障指示单元相连，根据输出信号实现报警。
优选地，在所述升压电路与负载之间设置有开路保护电路，由限流电阻R1，稳压二极管D1，分压电阻R2和三极管Q1组成，三极管Q1的集电极接在升压电路中升压管的控制极；负载输出端的电压通过限流电阻R1接入到稳压二极管D1反向端作为反向电压，稳压二极管D1的工作端与三极管Q1的基极连接，分压电阻R2接于稳压二极管D1的工作端与电源地之间。
优选地，在所述负载与MCU控制器之间设置有采样电路，包括两个串联的降压电阻R74、R85，以及由电阻R80,电容C23组成一个RC滤波器，降压电阻R74一端与负载相连，将负载输出端的电压接入采样电路，电阻R80的一端接至MCU控制器的I/O控制脚，将负载电压信号送至MCU控制器。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明采用普通分立元件组成的短路保护电路和开路保护电路实现对控制器负载的短路、开路保护，成本低，运行可靠；同时通过对MCU控制器的软件功能进行改进，可以准确监测负载的工作状态，并报警提示。
附图说明
图1为本发明实施例一种降压型太阳能路灯控制器负载保护系统的系统示意图。
图2为本发明实施例短路保护电路的电路示意图。
图3为本发明实施例升压型太阳能路灯控制器负载保护系统的系统示意图。
图4为本发明实施例开路保护电路的电路示意图。
图5为本发明实施例采样电路的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一、降压型太阳能路灯控制器负载保护系统
如图1所示，降压型控制器主要包括驱动电路、负载开关以及与负载开关连接的负载，为了实现对负载的监控，加入了短路保护电路，MCU控制器和故障指示模块，当负载短路时，触发到短路保护电路的阈值后，保护电路动作，立刻关闭输出端的负载开关，同时通过中断引脚触发系统MCU，MCU通过采样比较，来确定当前的保护准确无误后，MCU关闭负载开关的驱动电路，并通过故障指示电路发出短路故障报警。
如图2所示，所述短路保护电路主要是一个比较电路，比较器的输入端2脚由电阻R3(33KΩ)、R4(2KΩ)分压提供一个参考电压，通过两个电阻的比例可以设定不同的阈值，比较器的输入端3脚通过平衡电阻R6(4.99KΩ)与负载相连，是负载电流经采样电阻对应的电压值，比较器的输出端由两路三极管Q2(SS9014型)、Q3(SS9014型)构成，三极管Q2的集电极接到负载开关上，三极管Q3的集电极接到MCU控制器的中断引脚上，二极管D2(LL4148型)，电阻R8(20KΩ)构成一个正反馈，接在比较器的输入端3脚和输出端之间，使系统稳定的运行；电阻R4的一端引脚LED_CON与MCU控制器的I/O控制脚相连。
1、可以通过MCU控制器控制该电路的工作与否，具体是引脚LED_CON被MCU控制器置为高电平时，该电路将不会工作；在系统刚上电时，负载输出端的大电容会被充电，如果不关闭该电路会引起误触发。
2、当引脚LED_CON被MCU置为低电平时，系统稳定的电压通过电阻R3、R4分压得到一个参考电压，当负载输出电流信号LED_I大于该参考电压信号时，比较器输出高电平，三极管Q2、Q3导通，三极管Q2的集电极为低电平，关断负载开关，三极管Q3的集电极产生下降沿，触发MCU的外部中断，MCU通过延时滤波后，判断该脚的电平状态，如果Q3集电极为高电平，说明是一个误保护；如果Q3的集电极为低电平，说明保护有效，MCU切断负载开关，并由MCU控制器向故障指示单元发送故障信号，由故障指示单元发出短路故障报警。
实施例二、升压型太阳能路灯控制器负载保护系统
如图3所示，与实施例一的区别主要在于升压型太阳能路灯控制器包括连接驱动电路和负载的升压电路，升压电路是为了提高LED灯的工作电压，减小工作电流，提高LED使用寿命，提高转换效率。但是如果不对输出电压进行限制，其理论输出电压会无限大，不仅会损害输出设备，还会因为高压导致人身安全。为此在升压电路出引入一个开路保护电路，当负载出现开路故障时，触发到开路保护电路阈值后，开路保护电路动作，固定升压电路的PWM占空比，使其不再升压，由MCU控制器稳定判断该电压超出系统的设定值后，关闭升压电路的驱动信号，并通过故障指示电路发出开路故障报警。
如图4所示，所述开路保护电路由限流电阻R1(20KΩ)，稳压二极管D1(MM1Z62型)，分压电阻R2(100KΩ)和三极管Q1(SS9014)组成，三极管Q1的集电极接在升压电路中升压管的控制极；LED+为负载输出端的电压，此电压通过限流电阻R1接入到稳压二极管D1一端作为反向电压，当该反向电压小于稳压二极管D1的工作电压时，三极管Q1基极没有电流流过，三极管Q1不工作，升压电路正常工作；当LED+电压大于稳压二极管D1的工作电压时，稳压二极管D1导通有电流通过，经电阻R1,R2分压后，三极管Q1导通，三极管Q1集电极变为低电平，升压电路占空比被锁定，输出电压恒定在稳压二极管D1的工作电压。
如图5所示，而在负载与MCU控制器之间设置有采样电路，采样电路包括两个串联的降压电阻R74(510KΩ)、R85(20KΩ)，以及由电阻R80(2KΩ),电容C23(0.47uf)组成一个RC滤波器，使采样出来的信号稳定，降压电阻R74LED+端与负载相连，将负载输出端的电压接入采样电路，电阻R80的LED_V_OUT端接至MCU控制器的I/O控制脚，MCU控制器可以稳定的检测和判断负载处于开路状态，然后关闭升压电路的PWM，并发出开路故障报警。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种太阳能路灯控制器负载保护系统，包括驱动电路、负载开关以及与负载开关连接的负载，其特征在于：包括短路保护电路，用于接收短路保护电路信号并控制驱动电路的MCU控制，以及用于故障报警的故障指示单元，所述短路保护电路是一个比较电路，比较器的第一输入端由电阻R3、R4分压提供一个参考电压，比较器的第二输入端脚通过平衡电阻R6与负载相连，比较器的输出端由两路三极管Q2、Q3构成，三极管Q2的集电极接到负载开关上，三极管Q3的集电极接到MCU控制器的中断引脚上，二极管D2，电阻R8构成一个正反馈，接在比较器的第一输入端和输出端之间；电阻R4的一端引脚与MCU控制器的I/O控制脚相连，MCU控制器的输出端与故障指示单元相连，根据输出信号实现报警。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯控制器负载保护系统，包括升压电路，其特征在于：在所述升压电路与负载之间设置有开路保护电路，由限流电阻R1，稳压二极管D1，分压电阻R2和三极管Q1组成，三极管Q1的集电极接在升压电路中升压管的控制极；负载输出端的电压通过限流电阻R1接入到稳压二极管D1反向端作为反向电压，稳压二极管D1的工作端与三极管Q1的基极连接，分压电阻R2接于稳压二极管D1的工作端与电源地之间。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯控制器负载保护系统，其特征在于：在所述负载与MCU控制器之间设置有采样电路，包括两个串联的降压电阻R74、R85，以及由电阻R80,电容C23组成一个RC滤波器，降压电阻R74一端与负载相连，将负载输出端的电压接入采样电路，电阻R80的一端接至MCU控制器的I/O控制脚，将负载电压信号送至MCU控制器。
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