CN110572904B - 一种太阳能供电电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能供电电源，包括：太阳能电池板、逆变电路、变压电路、反馈电路、控制电路、多个LED点亮电路、计数电路、第一充电电路、第二充电电路、充电控制电路，所述太阳能电池板包括至少一个，通过逆变电路连接变压电路，所述充电控制电路输入端连接计数电路，根据所述计数电路计算的LED点亮电路的数量输出控制信号，控制所述第一充电电路对LED点亮电路中的电池B1进行充电，控制所述第二充电电路对电池B2进行充电，所述电池B2用于给LED供电。本发明能够通过新能源给LED供电，通过控制新能源输出的电压，以及根据LED投入的数量，能够保持户外LED的电流恒定供给，保持LED供电的稳定性。合理利用新能源，能够节省能源。

Description

一种太阳能供电电源
技术领域
本发明涉及太阳能供电领域，具体而言，涉及一种太阳能供电电源。
背景技术
LED灯作为新型节能光源，以其环保、节能、寿命长、体积小等特点，已 经被人们广泛接纳和采用。随着人们生活水平不断的提高，无论在家里或商店里对LED灯亮度和能耗提出了更高的要求，即人们需要在进一步提高LED灯亮度的同时，需要LED灯具有更低的能耗。以及根据不同LED的点亮数量进行亮度控制，以在最低的损耗或者能耗时进行最大的亮度控制，满足人们对于亮度和能耗等需求。
现阶段，非再生能源的使用越来越有限，随着太阳能等新能源的逐渐投入使用，现在有很多应用场景中如路灯中，已有非常多的使用太阳能作为路灯的供电电源，但是，目前仅仅是粗放的直接直流供电，供电不能满足在具备多个LED需要进行不同供电需求时，调整LED的数量的情况，如何将太阳能等新能源稳定的供给LED，在太阳能供电的同时保持供电的稳定性，这是当前的技术难题，如何保持太阳能供电是维持电流的恒定等，都是未来应用场景动态调整需要考虑的。
发明内容
本发明提出了一种太阳能供电电源，包括：太阳能电池板、逆变电路、变压电路、反馈电路、控制电路、多个LED点亮电路、计数电路、第一充电电路、第二充电电路、充电控制电路，所述太阳能电池板包括至少一个，通过逆变电路连接变压电路，所述充电控制电路输入端连接计数电路，根据所述计数电路计算的LED点亮电路的数量输出控制信号，控制所述第一充电电路对LED点亮电路中的电池B1进行充电，控制所述第二充电电路对电池B2进行充电，所述电池B2用于给LED供电。
所述的供电电源，所述充电控制电路包括比较器U3、电阻R6、开关管G9、可控二极管D3，所述比较器U3的正输入端连接计数电路的输出端，负输入端接地，输出端连接开关管G9的控制端，开关管G9的一非控制端分别连接电阻R6的一端、可控二极管D3的控制端，开关管G9的另一非控制端接地，电阻R6的另一端、可控二极管D3的一非控制端同时连接太阳能电池板的正输出端，可控二极管D3的另一非控制端连接充电电路的输入端，充电电路的输出端连接电池B1的正端；当计数电路计算LED点亮电路投入的数量为零时，充电控制电路控制可控二极管D3为导通状态，充电电路给电池B1充电，当计数电路计算LED点亮电路投入的数量大于或等于1时，充电控制电路控制可控二极管D3为断开状态，充电电路不给电池B1充电。
所述的供电电源，所述逆变电路的输出端串联连接电感L2、电容C1，所述电容C1的一端连接电感L2，另一端与变压电路的初级侧连接，变压电路通过稳压电路连接LED。所述的供电电源，所述稳压电路包括二极管管D1、电感L1，电容C2，电阻R1-R2，所述二极管D1的阳极连接变压电路，阴极连接电感L1和电容C2的一端，电容C2的另一端接地，电感L1的另一端连接分别连接电阻R1的一端和第一LED的阳极，第一LED的阴极连接第二LED的阳极，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地。
所述的供电电源，所述电阻R1的另一端分别连接反馈电路和多个LED点亮电路，所述多个LED点亮电路的第一LED电量电路包括比较器U2、电池B1、稳压二极管D2、电阻R3、可变电阻R4、电阻R5、电容C4、开关管G8、开关管G7，所述比较器U2的正输出端连接所述电阻R1的另一端，比较器U2的负输入端连接电池B1的正极，电池的负极B1接地，稳压二极管D2的阳极接地，阴极连接比较器U2的输出端；电阻R3的一端分别连接第一LED的阳极和电阻R5的一端，另一端分别连接可变电阻R4的一端、电容C4的一端、开关管G8的控制端，可变电阻R4、电容C4的另一端接地，电阻R5的另一端分别连接开关管G8的一非控制端、开关管G7的控制端，开关管G8的另一非控制端连接比较器U2的输出端，开关管G7的一非控制端连接第一LED的阴极，开关管G7的另一非控制端接地，开关管G7的控制端还连接计数电路。
所述的供电电源，所述多个LED点亮电路的数量与LED的数量相匹配，其连接结构均与第一LED点亮结构相同，分别并联连接在LED的阳极和阴极之间，其每个LED电量电路中与开关管G7对应的控制端均连接计数电路，通过所述计数电路对点亮的LED数量进行计数。
所述的供电电源，所述反馈电路包括求和电路、参考电压电路，所述计数电路连接所述参考电压电路，根据所述计数电路的计数结果调整参考电压的输出值，所述求和电路的输出端连接所述控制电路。
所述的供电电源，所述变压电路包括变压器T1、开关管G5；所述开关管G5连接在变压器T1的初级侧。
所述的供电电源，所述控制电路包括模糊PID控制器、三角波发生器、时钟电路、比较器U1、RS触发器、开关管G6、二极管D3、电容C3；所述求和电路连接在模糊PID控制器，所述模糊PID控制器连接三角波发生器，所述三角波发生器输出端连接比较器U1的正输入端，所述比较器U1的负输入端连接开关管G6的一非控制端，开关管G6的另一非控制端连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接开关管G5的一非控制端，开关管G5的另一非控制端接地，比较器U1的输出端连接RS触发器的R端，所述时钟电路输出端分别连接三角波发生器和RS触发器的S端，RS触发器的Q输出端连接开关管G5的控制端，非Q输出端连接开关管G6的控制端。
所述的供电电源，所述计数电路为脉冲计数电路，具体包括偶数计数器和奇数计数器，分别输出不同的计数信号给所述参考电压电路；所述参考电压电路包括倍数单元和基数单元、浮动单元，所述倍数单元用于接收偶数计数器的输出信号后，计数出合适的第一倍数后，并通过浮动单元计算出电压浮动值，将所述倍数乘以基数单元，并与电压浮动值求和通过得出第一参考电压；所述倍数单元用于接收奇数计数器的输出信号后，计数出合适的第二倍数后，并通过浮动单元计算出电压浮动值，将所述第二倍数乘以基数单元，并与电压浮动值、基数单元求和通过得出第二参考电压。
本发明的有益效果为对多个串联的LED的点亮数量进行控制，根据点亮的数量调整反馈的参考电压，并根据输出电压进行模糊控制确定控制变压电路的开关控制信号，以进行变压电路输出的电压，调整输出到LED的电流恒定；作为本发明的主要改进点是能够根据点亮的LED实时调整反馈的参考电压，并进行偶数和奇数的不同控制，以此实现不同使用数量的不同电压和电流控制，作为本发明的另一改进点是能够根据模糊控制实现浮动电压调整，使输出的电压浮动值，如纹波等对于电压的控制的影响更小，通过模糊控制得出更加精确的控制变压电路中的开关信号，本发明能够根据LED数量动态调整恒定输出到满足LED的驱动电流，点亮LED的操作也能够根据变压电路的输出电压相应进行匹配控制。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明的一种太阳能供电电源的示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明 ，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
如图1所示，为本发明提出了一种太阳能供电电源的示意图，包括：太阳能电池板逆变电路、变压电路、反馈电路、控制电路、多个LED点亮电路、计数电路、第一充电电路、第二充电电路、充电控制电路，所述太阳能电池板包括至少一个，通过逆变电路连接变压电路，所述充电控制电路输入端连接计数电路，根据所述计数电路计算的LED点亮电路的数量输出控制信号，控制所述第一充电电路对LED点亮电路中的电池B1进行充电，控制所述第二充电电路对电池B2进行充电，所述电池B2用于给LED供电，图中未示出电池B2与LED的连接关系，其本质上电池B2是通过通断开关与LED连接。
所述计数电路连接多个LED点亮电路，根据点亮的LED数量进行计数，以调节输入到反馈电路的参考电压，反馈电路根据参考电压的调节，进行求和计算输出到控制电路，所述控制电路根据求和电路的输出控制变压电路的控制信号，以保持输出到LED的电流恒定。
所述的供电电源，所述充电控制电路包括比较器U3、电阻R6、开关管G9、可控二极管D3，所述比较器U3的正输入端连接计数电路的输出端，负输入端接地，输出端连接开关管G9的控制端，开关管G9的一非控制端分别连接电阻R6的一端、可控二极管D3的控制端，开关管G9的另一非控制端接地，电阻R6的另一端、可控二极管D3的一非控制端同时连接太阳能电池板的正输出端，可控二极管D3的另一非控制端连接充电电路的输入端，充电电路的输出端连接电池B1的正端；当计数电路计算LED点亮电路投入的数量为零时，充电控制电路控制可控二极管D3为导通状态，充电电路给电池B1充电，当计数电路计算LED点亮电路投入的数量大于或等于1时，充电控制电路控制可控二极管D3为断开状态，充电电路不给电池B1充电。
通过上述操作，能够保持电池B1作为参考电压的稳定性，如在LED点亮至少一个LED时，则电池B1在电量未使用完时，需要维持其稳定的电压，如果此时充电，由于充电导致电池发热，电流变化，会导致电池B1的电压不稳定，造成参考值不准确。因此，当检测到至少一个LED点亮时，则不对电池B1进行充电；当所有LED都不点亮时，如在白天，LED作为路灯使用时，则可以对电池B1充电，当然，电池B2通过通断开关与LED连接。
充电控制电路通过反向器U4与第二充电电路的控制开关D4连接，通过反向器U4，使电池B1和电池B2不同时充电，其主要是维持电池B1的稳定，而对于电池B2，对于充电过程中其是作为供电电源，并不是作为参考电源，无需像电池B1那么高精度的电压。因此，能够在供电时的同时进行充电。
所述的供电电源，所述逆变电路的输出端串联连接电感L2、电容C1，所述电容C1的一端连接电感L2，另一端与变压电路的初级侧连接，变压电路通过稳压电路连接LED。
所述的供电电源，所述稳压电路包括二极管管D1、电感L1，电容C2，电阻R1-R2，所述二极管D1的阳极连接变压电路，阴极连接电感L1和电容C2的一端，电容C2的另一端接地，电感L1的另一端连接分别连接电阻R1的一端和第一LED的阳极，第一LED的阴极连接第二LED的阳极，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地。
所述的供电电源，所述电阻R1的另一端分别连接反馈电路和多个LED点亮电路，所述多个LED点亮电路的第一LED电量电路包括比较器U2、电池B1、稳压二极管D2、电阻R3、可变电阻R4、电阻R5、电容C4、开关管G8、开关管G7，所述比较器U2的正输出端连接所述电阻R1的另一端，比较器U2的负输入端连接电池B1的正极，电池的负极B1接地，稳压二极管D2的阳极接地，阴极连接比较器U2的输出端；电阻R3的一端分别连接第一LED的阳极和电阻R5的一端，另一端分别连接可变电阻R4的一端、电容C4的一端、开关管G8的控制端，可变电阻R4、电容C4的另一端接地，电阻R5的另一端分别连接开关管G8的一非控制端、开关管G7的控制端，开关管G8的另一非控制端连接比较器U2的输出端，开关管G7的一非控制端连接第一LED的阴极，开关管G7的另一非控制端接地，开关管G7的控制端还连接计数电路。
所述的供电电源，所述多个LED点亮电路的数量与LED的数量相匹配，其连接结构均与第一LED点亮结构相同，分别并联连接在LED的阳极和阴极之间，其每个LED电量电路中与开关管G7对应的控制端均连接计数电路，通过所述计数电路对点亮的LED数量进行计数。
多个LED点亮电路的其他相同结构的在图1中未示出，但是，LED点亮电路的数量是根据LED的数量进行扩展的，并连接在电路中，图1中仅仅示出了第一LED点亮电路。
所述的供电电源，所述反馈电路包括求和电路、参考电压电路，所述计数电路连接所述参考电压电路，根据所述计数电路的计数结果调整参考电压的输出值，所述求和电路的输出端连接所述控制电路。
所述的供电电源，所述变压电路包括变压器T1、开关管G5；所述开关管G5连接在变压器T1的初级侧。
所述的供电电源，所述控制电路包括模糊PID控制器、三角波发生器、时钟电路、比较器U1、RS触发器、开关管G6、二极管D3、电容C3；所述求和电路连接在模糊PID控制器，所述模糊PID控制器连接三角波发生器，所述三角波发生器输出端连接比较器U1的正输入端，所述比较器U1的负输入端连接开关管G6的一非控制端，开关管G6的另一非控制端连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接开关管G5的一非控制端，开关管G5的另一非控制端接地，比较器U1的输出端连接RS触发器的R端，所述时钟电路输出端分别连接三角波发生器和RS触发器的S端，RS触发器的Q输出端连接开关管G5的控制端，非Q输出端连接开关管G6的控制端。
所述的供电电源，所述计数电路为脉冲计数电路，具体包括偶数计数器和奇数计数器，分别输出不同的计数信号给所述参考电压电路；所述参考电压电路包括倍数单元和基数单元、浮动单元，所述倍数单元用于接收偶数计数器的输出信号后，计数出合适的第一倍数后，并通过浮动单元计算出电压浮动值，将所述倍数乘以基数单元，并与电压浮动值求和通过得出第一参考电压；所述倍数单元用于接收奇数计数器的输出信号后，计数出合适的第二倍数后，并通过浮动单元计算出电压浮动值，将所述第二倍数乘以基数单元，并与电压浮动值、基数单元求和通过得出第二参考电压。
第一LED点亮电路的可变电阻R4根据不同的LED类型进行动态调整点亮LED的具体值，如针对不同的LED等，根据其标称的点亮电压不同时，可以进行手动调整可变电阻R4的值，也可以根据在LED装配到供电电源时，系统自动进行供电电压检测匹配，通过控制器进行可变电阻R4的最佳阻值调整。
开关管G8优选为达林顿管，开关管G1-G7、G9优选为MOS管，电池B1、B2优选为锂离子电池，变压器T1优选为带铁芯的隔离变压器。第一充电电路、第二充电电路优选为BUCK、BOOST电路。
优选的，控制开关G5的控制信号为Vq，
Figure 753353DEST_PATH_IMAGE002
其中，Vm为开关周期Ts控制导致的电压变化，Ts为开关周期，ton为开关导通时间。
Figure 467231DEST_PATH_IMAGE004
其中，Dmin为时钟信号的在单个周期的高电平占比的最小值，
Figure 246969DEST_PATH_IMAGE006
为周期常数，根 据经验或者系统的控制参数确定。
本发明的有益效果为对多个串联的LED的点亮数量进行控制，根据点亮的数量调整反馈的参考电压，并根据输出电压进行模糊控制确定控制变压电路的开关控制信号，以进行变压电路输出的电压，调整输出到LED的电流恒定；作为本发明的主要改进点是能够根据点亮的LED实时调整反馈的参考电压，并进行偶数和奇数的不同控制，以此实现不同使用数量的不同电压和电流控制，作为本发明的另一改进点是能够根据模糊控制实现浮动电压调整，使输出的电压浮动值，如纹波等对于电压的控制的影响更小，通过模糊控制得出更加精确的控制变压电路中的开关信号，本发明能够根据LED数量动态调整恒定输出到满足LED的驱动电流，点亮LED的操作也能够根据变压电路的输出电压相应进行匹配控制。本发明能够通过分时控制的方式，对不同功能的电池进行充电，根据负载的状态进行不同功能电池的充电，满足电池不同的供电需求，通过LED的数量使电池准确的供电。
本发明能够不同类型的LED进行点亮参数的调整，方便供电电源接入不同类型的LED，提高了本发明供电电源的应用范围。本发明能够通过新能源给LED供电，通过控制新能源输出的电压，以及根据LED投入的数量，能够保持户外LED的电流恒定供给，保持LED供电的稳定性。合理利用新能源，能够节省能源。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种太阳能供电电源，其特征在于，包括：太阳能电池板、逆变电路、变压电路、反馈电路、控制电路、多个LED点亮电路、计数电路、第一充电电路、第二充电电路、充电控制电路，所述太阳能电池板包括至少一个，通过逆变电路连接变压电路，所述充电控制电路输入端连接计数电路，根据所述计数电路计算的LED点亮电路的数量输出控制信号，控制所述第一充电电路对LED点亮电路中的电池B1进行充电，控制所述第二充电电路对电池B2进行充电，所述电池B2用于给LED供电；所述逆变电路的输出端串联连接电感L2、电容C1，所述电容C1的一端连接电感L2，另一端与变压电路的初级侧连接，变压电路通过稳压电路连接LED；
所述稳压电路包括二极管D1、电感L1，电容C2，电阻R1-R2，所述二极管D1的阳极连接变压电路，阴极连接电感L1和电容C2的一端，电容C2的另一端接地，电感L1的另一端连接分别连接电阻R1的一端和第一LED的阳极，第一LED的阴极连接第二LED的阳极，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地；
所述电阻R1的另一端分别连接反馈电路和多个LED点亮电路，所述多个LED点亮电路的第一LED电量电路包括比较器U2、电池B1、稳压二极管D2、电阻R3、可变电阻R4、电阻R5、电容C4、开关管G8、开关管G7，所述比较器U2的正输出端连接所述电阻R1的另一端，比较器U2的负输入端连接电池B1的正极，电池的负极B1接地，稳压二极管D2的阳极接地，阴极连接比较器U2的输出端；电阻R3的一端分别连接第一LED的阳极和电阻R5的一端，另一端分别连接可变电阻R4的一端、电容C4的一端、开关管G8的控制端，可变电阻R4、电容C4的另一端接地，电阻R5的另一端分别连接开关管G8的一非控制端、开关管G7的控制端，开关管G8的另一非控制端连接比较器U2的输出端，开关管G7的一非控制端连接第一LED的阴极，开关管G7的另一非控制端接地，开关管G7的控制端还连接计数电路。
2.如权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述充电控制电路包括比较器U3、电阻R6、开关管G9、可控二极管D3，所述比较器U3的正输入端连接计数电路的输出端，负输入端接地，输出端连接开关管G9的控制端，开关管G9的一非控制端分别连接电阻R6的一端、可控二极管D3的控制端，开关管G9的另一非控制端接地，电阻R6的另一端、可控二极管D3的一非控制端同时连接太阳能电池板的正输出端，可控二极管D3的另一非控制端连接充电电路的输入端，充电电路的输出端连接电池B1的正端；当计数电路计算LED点亮电路投入的数量为零时，充电控制电路控制可控二极管D3为导通状态，充电电路给电池B1充电，当计数电路计算LED点亮电路投入的数量大于或等于1时，充电控制电路控制可控二极管D3为断开状态，充电电路不给电池B1充电。
3.如权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述多个LED点亮电路的数量与LED的数量相匹配，其连接结构均与第一LED点亮结构相同，分别并联连接在LED的阳极和阴极之间，其每个LED电量电路中与开关管G7对应的控制端均连接计数电路，通过所述计数电路对点亮的LED数量进行计数。
4.如权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述反馈电路包括求和电路、参考电压电路，所述计数电路连接所述参考电压电路，根据所述计数电路的计数结果调整参考电压的输出值，所述求和电路的输出端连接所述控制电路。
5.如权利要求4所述的供电电源，其特征在于，所述变压电路包括变压器T1、开关管G5；所述开关管G5连接在变压器T1的初级侧。
6.如权利要求5所述的供电电源，其特征在于，所述控制电路包括模糊PID控制器、三角波发生器、时钟电路、比较器U1、RS触发器、开关管G6、二极管D3、电容C3；求和电路连接在模糊PID控制器，所述模糊PID控制器连接三角波发生器，所述三角波发生器输出端连接比较器U1的正输入端，所述比较器U1的负输入端连接开关管G6的一非控制端，开关管G6的另一非控制端连接电容C3的一端，电容C3的另一端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接开关管G5的一非控制端，开关管G5的另一非控制端接地，比较器U1的输出端连接RS触发器的R端，所述时钟电路输出端分别连接三角波发生器和RS触发器的S端，RS触发器的Q输出端连接开关管G5的控制端，非Q输出端连接开关管G6的控制端。
7.如权利要求1所述的供电电源，其特征在于，所述计数电路为脉冲计数电路，具体包括偶数计数器和奇数计数器，分别输出不同的计数信号给参考电压电路；所述参考电压电路包括倍数单元和基数单元、浮动单元，所述倍数单元用于接收偶数计数器的输出信号后，计数出合适的第一倍数后，并通过浮动单元计算出电压浮动值，将所述第一倍数乘以基数单元，并与电压浮动值求和得出第一参考电压；所述倍数单元用于接收奇数计数器的输出信号后，计数出合适的第二倍数后，并通过浮动单元计算出电压浮动值，将所述第二倍数乘以基数单元，并与电压浮动值、基数单元求和得出第二参考电压。
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