CN109922568A - 通用型太阳能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用型太阳能控制系统，包括太阳能充电电路、电池组、光伏板及电池检测电路、工作电源控制电路、红外接收电路、雷达感应电路、MCU、输出升压恒流控制电路和指示电路，太阳能充电电路分别与电池组和光伏板及电池检测电路连接，光伏板及电池检测电路与MCU连接，MCU分别与工作电源控制电路、红外接收电路、雷达感应电路、输出升压恒流控制电路和指示电路连接，输出升压恒流控制电路与LED负载连接。本系统采用高速MCU结合辅助升压电路、输出升压恒流控制电路，在实现恒流输出的过程中采用简单但极智能的处理方式避免在亮灯过程中因为电池电压的变化需要调整时出现的闪灯现象，减少了输入电池升压或输出增加专用恒流IC电路，大大减少了系统成本。

Description

通用型太阳能控制系统

技术领域

本发明涉及一种通用型太阳能控制系统。

背景技术

目前市场上的锂电池太阳能灯具控制系统都是针对电池电压的不同而开发的控制系统，并采用降压限流方式，如：3.2V电池的控制系统只能做1串的灯珠负载，并用电阻限流方式给负载供电，这样当电池电压在充满电(约3.4V)和电池电量变低时(如2.8V)输出的电流也跟着变低，使灯的亮度差异很大。

采用电阻限流方式因为限流电阻的功耗较大，使输入/输出的转换效率低，浪费电能。限流电阻的发热量也很大，使控制系统的散热成本增加，并限制了大功率输出的发展，目前3.2V的系统输出功率一般都在7W以下。

目前市场上的控制系统都采用降压或平压(3.2V电池输入,输出负载为3V)输出方式，做功率较大时如15W时输出电流约4.5A,因为电流较大造成线路损耗很大，浪费电能，且必须增加电线的线径以减少线损，这样也会使整个照明系统的成本增加。

采用降压或平压输出的3.2V控制系统如果采用3.7V电池，因为不恒流输出所以输出功率会变大，容易损坏负载，且因为效率低使限流电阻的功耗极大温度升高影响系统的稳定性甚至烧坏系统。

如用6.4V的降压或平压输出控制系统则必须采用2串的灯珠负载，因为灯具的款式太多，市场不容易采购到合适款式的光源，必须订做，生产周期长或增加企业的库存压力且因为效率低，限流电阻的功耗大、温升很高影响系统的稳定性甚至烧坏系统。

9.6V、11.1V、12.8V、14.8V的控制系统一般不采用降压或平压输出而是采用升压输出方式，但成本较高不利于市场推广及普及。

总而言之，目前市场上的控制系统参差不齐，降压或平压输出方式的控制系统不恒流输出，输出功率差异较大，温升不好控制导致功率不能做得太大，系统的稳定性差。市场现有的升压、恒流太阳能照明控制系统为解决因为电压变化进行调整时出现的闪灯现象电路都较为复杂，导致总体成本增加，不利于市场推广和普及，而本系统采用简单但极智能的处理方式解决了此问题，大大降低了系统的成本。

发明内容

本发明提出一种通用型太阳能控制系统，采用高速MCU结合辅助升压电路、输出升压恒流控制电路，在实现恒流输出的过程中采用简单但极智能的处理方式避免了在亮灯过程中因为电池电压的变化需要调整时出现的闪灯现象，减少了电池升压或输出增加专用恒流IC电路，大大减少了系统成本。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种通用型太阳能控制系统，太阳能充电电路、电池组、光伏板及电池检测电路、工作电源控制电路、红外接收电路、雷达感应电路、MCU、输出升压恒流控制电路和指示电路，所述太阳能充电电路分别与所述电池组和光伏板及电池检测电路连接，所述光伏板及电池检测电路与所述MCU连接，所述MCU分别与工作电源控制电路、红外接收电路、雷达感应电路、输出升压恒流控制电路和指示电路连接，所述输出升压恒流控制电路与LED负载连接；本系统还包括辅助升压电路，所述辅助升压电路与MCU和输出升压恒流控制电路连接，当电池组电压低于限定值时，所述MCU控制所述辅助升压电路开始工作，所述辅助升压电路为所述雷达感应电路提供所需的工作电压，为所述MCU提供稳定的工作电压。

进一步的，所述输出升压恒流控制电路由电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D2A、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、电容EC2、电容C7、电阻R8、电阻R9、电阻R8A、电阻R9A、电阻R10、电阻R15、电阻R16、电阻R7、电阻R12组成，所述电感L2的输入端与电池组连接，输出端与二极管D1、二极管D2、二极管D2A的阳极公共端、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3的漏极公共端连接，所述二极管D1、二极管D2、二极管D2A的阴极公共端连接电容EC2、电阻R15和电阻R17，所述电容EC2的另一端接地，电阻R17另一端连接电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R8A、电阻R9A，电阻R8、电阻R9、电阻R10另一端接地；电阻R8A、电阻R9A连接软开关S2；电阻R10连接电阻R6，电阻R6另一端接电容C7和MCU，电容C7另一端接地；电阻R15另一端连接电阻R16和所述MCU，所述电阻R16另一端接地；所述三极管Q1、三极管Q2的栅极公共端连接R7和电阻R12，所述电阻R7另一端连接所述MCU，所述电阻R12的另一端接地，所述电阻R7的另一端经稳压二极管ZD1接地。

进一步的，所述辅助升压电路由电阻R13、电阻R14、芯片U5、二极管D7、电感L1、电容C3组成，所述电感L1一端连接电池组，所述电容C3连接电池组，另一端接地；二极管D7的阳极与所述电感L1另一端连接，芯片U5的第一引脚连接所述电感L1的另一端，第四、五引脚连接所述电感的一端；芯片U5的第二引脚接地，第三引脚连接电阻R13和电阻R14的公共端，电阻R14另一端接地，电阻R13另一端连接+8V电压和电容C6A的一端，所述电容C6A的另一端接地，所述芯片U5的型号为MT3608。

进一步的，所述太阳能充电电路包括太阳能板和二极管D3、D4、D5、D6，所述太阳能板经并联的二极管D3、D4、D5、D6对所述电池组充电。

进一步的，所述太阳能板输出端设有串联的分压电阻R2和R3，所述MCU连接所述分压电阻R2和R3的公共端，检测分压后的太阳能板的电压高低，判断是否需要进入自动亮灯模式。

进一步的，还包括无显示红外遥控器，所述红外接收电路接收所述无显示红外遥控器的控制信号，发送至所述MCU，所述MCU对亮灯进行定时和亮度设定。

进一步的，所述指示电路由三种不同颜色的LED指示灯作为充电指示、电量指示和工作指示。

进一步的，所述电池组经二极管D8、软开关S1和稳压芯片U2输出+5V电压。

进一步的，所述电池组为锂电池，其电压范围为3.2V-15V。

本发明的有益效果在于：本系统的出现弥补了目前市场上缺乏的通用性控制系统；使用双升压电路，智能识别雷达感应模块和电池电压，减少不必要的功耗达到更节能的效果，同时因为辅助升压电路的作用减少了开关管的散热要求，也降低了系统的成本。采用高速MCU结合辅助升压电路、输出升压恒流控制电路，在实现恒流输出的过程中采用简单但极智能的处理方式避免了在亮灯过程中因为电池电压的变化需要调整时出现的闪灯现象，减少了输入电池升压或输出增加专用恒流IC电路，大大减少了系统成本。

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，下面描述中的附图仅仅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为本发明一种通用型太阳能控制系统一个实施例的原理框图；

图2为本发明一种通用型太阳能控制系统一个实施例的电路原理图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

如图1和图2所示，本发明提出了一种通用型太阳能控制系统，太阳能充电电路、电池组、光伏板及电池检测电路、工作电源控制电路、红外接收电路、雷达感应电路、MCU、输出升压恒流控制电路和指示电路，太阳能充电电路分别与电池组和光伏板及电池检测电路连接，光伏板及电池检测电路与MCU连接，MCU分别与工作电源控制电路、红外接收电路、雷达感应电路、输出升压恒流控制电路和指示电路连接，输出升压恒流控制电路与LED负载连接；本系统还包括辅助升压电路，辅助升压电路与MCU和输出升压恒流控制电路连接，当电池组电压低于限定值时，MCU控制辅助升压电路开始工作，辅助升压电路为雷达感应电路提供所需的工作电压，为MCU提供稳定的工作电压。

输出升压恒流控制电路由电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D2A、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、电容EC2、电容C7、电阻R8、电阻R9、电阻R8A、电阻R9A、电阻R10、电阻R15、电阻R16、电阻R7、电阻R12组成，电感L2的输入端与电池组连接，输出端与二极管D1、二极管D2、二极管D2A的阳极公共端、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3的漏极公共端连接，二极管D1、二极管D2、二极管D2A的阴极公共端连接电容EC2、电阻R15和电阻R17，电容EC2的另一端接地，电阻R17另一端连接电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R8A、电阻R9A，电阻R8、电阻R9、电阻R10另一端接地；电阻R8A、电阻R9A连接软开关S2；电阻R10连接电阻R6，电阻R6另一端接电容C7和MCU，电容C7另一端接地；电阻R15另一端连接电阻R16和MCU，电阻R16另一端接地；三极管Q1、三极管Q2的栅极公共端连接R7和电阻R12，电阻R7另一端连接MCU，电阻R12的另一端接地，电阻R7的另一端经稳压二极管ZD1接地。当MCU输出高电平时Q1、Q2、Q3导通，D1、D2、D2A截止，没有输出电流，此时通过L2进行储能，当MCU输出低电平时Q1、Q2、Q3截止，L2通过D1、D2、D2A释放能量，LED负载点亮，EC2对L2的充放电进行滤波使输出的电流更加平滑，减少闪烁，MCU通过R15、R16分压检测当输出电压过高时进行调整，通过R8、R9、R10、R8A、R9A的取样电压进行电流的检测在电流过大或过小时进行适当的调整，输出设定的电压和电流。由于采用了高速率的MCU，所以很容易实现了升压、恒流的效果。当电池电压低于5V时辅助升压电路开始工作，给雷达感应模块需要的工作电压和通过U2稳压后给MCU稳定的工作电压，使系统在3.2V或3.7V低压时因为Q1、Q2的驱动电压过低无法保证处于完全导通工作状态，Q1、Q2的发热量大大的增加，限制了大功率的输出，或因为温度问题影响系统的稳定性，或增加系统的散热成本；也避免了雷达模块在低压时(市面的雷达感应模块一般工作电压在5V或以上)不能正常工作或工作不稳定、感应距离过近的问题。

S2软开关接通时输出为1A电流，剪断时为0.5A电流，这样很方便的实现了在6.4V以下的电池时(剪断软开关线)最大输出15W(0.5A),6.4V以上电池时(不剪断开关线)最大输出30W(1A)，方便用户根据不同的电池和功率要求进行选择，同时能减少库存量。

辅助升压电路由电阻R13、电阻R14、芯片U5、二极管D7、电感L1、电容C3组成，电感L1一端连接电池组，电容C3连接电池组，另一端接地；二极管D7的阳极与电感L1另一端连接，芯片U5的第一引脚连接电感L1的另一端，第四、五引脚连接电感的一端；芯片U5的第二引脚接地，第三引脚连接电阻R13和电阻R14的公共端，电阻R14另一端接地，电阻R13另一端连接+8V电压和电容C6A的一端，电容C6A的另一端接地，芯片U5的型号为MT3608。

太阳能充电电路包括太阳能板和二极管D3、D4、D5、D6，太阳能板经并联的二极管D3、D4、D5、D6对电池组充电。

太阳能板输出端设有串联的分压电阻R2和R3，MCU连接分压电阻R2和R3的公共端，检测分压后的太阳能板的电压高低，判断是否需要进入自动亮灯模式。本系统智能识别电池和是否采用雷达感应模块，当系统检测到并未采用雷达感应模块时，系统自动选择雷达感应工作模式。

本发明还包括无显示红外遥控器，红外接收电路接收无显示红外遥控器的控制信号，发送至MCU，MCU对亮灯进行定时和亮度设定。降低了系统的整体成本，但仍可以对系统亮灯进行合适的定时和亮度设定，在人流较少的时间段降低亮度避免造成电能的浪费。

指示电路由三种不同颜色的LED指示灯作为充电指示、电量指示和工作指示。本发明釆用3个不同颜色的LED指示灯作不同的状态指示，LED1和R1为充电指示，充电指示灯闪烁时表明系统在对电池进行充电，晚上时充电指示灯灭，节约电量，LED2和R18为电量指示,电量充足时指示灯常亮，电量欠压时指示灯闪烁，当电量减少的一定程度时指示灯灭，LED3和R11为工作指示，系统有输出时指示灯常亮，没输出时灯灭，当系统没接负载时指示灯闪烁，提醒检查接线或其他原因。

电池组经二极管D8、软开关S1和稳压芯片U2输出+5V电压。通过剪断软开关线S1(也可以剪线后外接开关)起到关灯、开灯及断开MCU供电减少运输及存放过程中的待机耗电。

电池组为锂电池，其电压范围为3.2V-15V。

本发明采用高速MCU进行PWM调整方式，在实现恒流输出的过程中采用简单但极智能的处理方式避免了在亮灯过程中因为电池电压的变化需要调整时出现的闪灯现象，减少了输入电池升压或输出增加专用恒流IC电路，大大减少了系统成本。

本系统通用性广，适应用目前市场上的3.2V-15V锂电池，(目前市场上都是根据使用的电池而针对性设计的系统，无法通用)而本系统的出现弥补了目前市场上缺乏的通用性控制系统；同时也增加了售后及维护的便利性。

首创使用双升压电路，智能识别及能识别雷达感应模块和电池电压，减少不必要的功耗达到更节能的效果，同时因为辅助升压电路的作用减少了开关管Q1、Q2、Q3的散热要求，也降低了系统的成本。

本系统经过不断优化，尽量的通过程序实现相关的功能，并采用无显示遥控器，以减少系统的材料成本并能很好的实现系统的人性化设置。

本系统人性化程度高，除具备目前市场上没有的通用性系统外，采用升压、恒流输出提供光源所需的恒定电流，因为输出电流小，降低了线损，系统的稳定性更高。

本系统适应于路灯，投光灯或任何太阳能锂电池的其他灯具使用，本系统能够提供更节能、高效、稳定、低成本、通用性强、便于生产、采购、减少企业库存量等等优点，更利于市场推广，在国家要求不断的节能减排的大潮中贡献一份力量。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通用型太阳能控制系统，其特征在于：太阳能充电电路、电池组、光伏板及电池检测电路、工作电源控制电路、红外接收电路、雷达感应电路、MCU、输出升压恒流控制电路和指示电路，所述太阳能充电电路分别与所述电池组和光伏板及电池检测电路连接，所述光伏板及电池检测电路与所述MCU连接，所述MCU分别与工作电源控制电路、红外接收电路、雷达感应电路、输出升压恒流控制电路和指示电路连接，所述输出升压恒流控制电路与LED负载连接；本系统还包括辅助升压电路，所述辅助升压电路与MCU和输出升压恒流控制电路连接，当电池组电压低于限定值时，所述MCU控制所述辅助升压电路开始工作，所述辅助升压电路为所述雷达感应电路提供所需的工作电压，为所述MCU提供稳定的工作电压。

2.根据权利要求1所述的通用型太阳能控制系统，其特征在于：所述输出升压恒流控制电路由电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D2A、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、电容EC2、电容C7、电阻R8、电阻R9、电阻R8A、电阻R9A、电阻R10、电阻R15、电阻R16、电阻R7、电阻R12组成，所述电感L2的输入端与电池组连接，输出端与二极管D1、二极管D2、二极管D2A的阳极公共端、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3的漏极公共端连接，所述二极管D1、二极管D2、二极管D2A的阴极公共端连接电容EC2、电阻R15和电阻R17，所述电容EC2的另一端接地，电阻R17另一端连接电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R8A、电阻R9A，电阻R8、电阻R9、电阻R10另一端接地；电阻R8A、电阻R9A连接软开关S2；电阻R10连接电阻R6，电阻R6另一端接电容C7和MCU，电容C7另一端接地；电阻R15另一端连接电阻R16和所述MCU，所述电阻R16另一端接地；所述三极管Q1、三极管Q2的栅极公共端连接R7和电阻R12，所述电阻R7另一端连接所述MCU，所述电阻R12的另一端接地，所述电阻R7的另一端经稳压二极管ZD1接地。

3.根据权利要求1所述的通用型太阳能控制系统，其特征在于：所述辅助升压电路由电阻R13、电阻R14、芯片U5、二极管D7、电感L1、电容C3组成，所述电感L1一端连接电池组，所述电容C3连接电池组，另一端接地；二极管D7的阳极与所述电感L1另一端连接，芯片U5的第一引脚连接所述电感L1的另一端，第四、五引脚连接所述电感的一端；芯片U5的第二引脚接地，第三引脚连接电阻R13和电阻R14的公共端，电阻R14另一端接地，电阻R13另一端连接+8V电压和电容C6A的一端，所述电容C6A的另一端接地，所述芯片U5的型号为MT3608。

4.根据权利要求1所述的通用型太阳能控制系统，其特征在于：所述太阳能充电电路包括太阳能板和二极管D3、D4、D5、D6，所述太阳能板经并联的二极管D3、D4、D5、D6对所述电池组充电。

5.根据权利要求4所述的通用型太阳能控制系统，其特征在于：所述太阳能板输出端设有串联的分压电阻R2和R3，所述MCU连接所述分压电阻R2和R3的公共端，检测分压后的太阳能板的电压高低，判断是否需要进入自动亮灯模式。

6.根据权利要求1所述的通用型太阳能控制系统，其特征在于：还包括无显示红外遥控器，所述红外接收电路接收所述无显示红外遥控器的控制信号，发送至所述MCU，所述MCU对亮灯进行定时和亮度设定。

7.根据权利要求1所述的通用型太阳能控制系统，其特征在于：所述指示电路由三种不同颜色的LED指示灯作为充电指示、电量指示和工作指示。

8.根据权利要求1所述的通用型太阳能控制系统，其特征在于：所述电池组经二极管D8、软开关S1和稳压芯片U2输出+5V电压。

9.根据权利要求1-8任一项所述的通用型太阳能控制系统，其特征在于：所述电池组为锂电池，其电压范围为3.2V-15V。