CN202026508U

CN202026508U - 太阳能控制器

Info

Publication number: CN202026508U
Application number: CN 201120100378
Authority: CN
Inventors: 汪平; 张国良
Original assignee: HANGZHOU YOUGUO OPTO-ELECTRONICS TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: HANGZHOU YOUGUO OPTO-ELECTRONICS TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2021-04-08

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能控制器，作为本实用新型的改进，包括控制器的逻辑控制模块，逻辑控制模块设有恒流驱动芯片和控制恒流驱动芯片的单片机；恒流驱动芯片的DIM管脚设有控制负载的PWM电路；恒流驱动芯片的DIM管脚设有检测系统温度的热敏电阻，所述的单片机、热敏电阻、恒流驱动芯片构成闭环；单片机与蓄电池构成闭环的充电、电压检测系统；单片机与蓄电池构成闭环的放电、电压检测系统；单片机、太阳能电池板的输出电压、恒流驱动芯片构成闭环。本实用新型通过采用单片机即恒流驱动芯片作为控制器的逻辑单元，协调控制太阳能板的输出、蓄电池充放电、负载恒流，整个系统恒温等，达到延长负载、电池及整个系统寿命的目的。

Description

太阳能控制器

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能控制器，尤其是一种提高负载LED光源寿命，保护电池、延长整套系统寿命的太阳能控制器。

背景技术

目前太阳能控制器主要应用于太阳能草坪灯、太阳能地埋灯、太阳能1.6-2m高的小型庭院灯及户外功率小于10W以下的太阳能产品，在应用中主要存在以下问题：

（1）市场上该类产品的控制器主要以线性控制，如电池在电压降到10.8V的时候，LED灯工作电流就会下降，相应LED灯的亮度也会下降，而电池电压在充饱满在14V的状态下，LED灯工作电流就会提高，相应LED灯的亮度也会很亮，同时也会超出小功率LED的最大极限工作电流20mA的范围，降低了LED负载光源的寿命。

（2）太阳能板将光能转换成电能通过控制器储蓄在蓄电池中，如长时间在阴雨天工作，容易将电池电量耗完，造成整个系统无法正常工作，影响了电池的寿命。

（3）负载LED光源和控制都工作在防水的壳体中，控制器及负载LED光源本身发出的热量如遇外界环境温度增高，使LED光源和控制器的温度快速上升，影响控制器和LED光源的使用寿命。

(4)户外太阳能产品高度在1m以下的产品，如太阳能草坪灯、太阳能地埋灯等用到中常规的控制器，再外部短暂的光线干扰就下灭灯，过后又亮灯工作，容易造成整个系统工作不稳定。比如节庆假日，夜空灯火通明，或者汽车的大灯扫过时，太阳能控制器会错误判断认为是白天，切断供电系统。造成系统状态极不稳定。

发明内容

本实用新型为解决上述问题，提供一种延长负载、电池和系统寿命，智能判断外部光线的太阳能控制器。

本实用新型解决现有问题的技术方案是：一种太阳能控制器，作为本实用新型的改进，包括：

控制器的逻辑控制模块，所述的逻辑控制模块设有恒流驱动芯片和控制恒流驱动芯片的单片机；

所述的恒流驱动芯片的DIM管脚设有控制负载的PWM电路；

所述的恒流驱动芯片的DIM管脚设有检测系统温度的热敏电阻，所述的单片机、热敏电阻、恒流驱动芯片构成闭环；

所述的单片机与蓄电池构成闭环的充电、电压检测系统；

所述的单片机与蓄电池构成闭环的放电、电压检测系统；

所述的单片机、太阳能电池板的输出电压、恒流驱动芯片构成闭环。

作为本实用新型的进一步改进，所述的闭环的充电、电压检测系统为单片机3脚ADC2位置检测蓄电池电压值，6脚通过Q4控制蓄电池充电。

作为本实用新型的进一步改进，所述的单片机通过7脚检测太阳能板的输出电压。

作为本实用新型的进一步改进，所述的闭环的放电、电压检测系统为单片机3脚ADC2位置检测蓄电池电压值，5脚通过Q9控制蓄电池放电。

作为本实用新型的进一步改进，所述的单片机5脚控制恒流驱动芯片的DIM脚。

作为本实用新型的进一步改进，所述的单片机为ATtiny13单片机。

作为本实用新型的进一步改进，所述的恒流驱动芯片为PT4115芯片。

本实用新型与现有技术相比较，其有益效果是：通过采用单片机即恒流驱动芯片作为控制器的逻辑单元，协调控制太阳能板的输出、蓄电池充放电、负载恒流，整个系统恒温等，达到延长负载、电池及整个系统寿命的目的。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型的电路图。

图3是图2光控部分的放大图。

图4是图2过冲、放部分的放大图。

具体实施方式

参见图1-4，本实施案例包括控制器的逻辑控制模块。其中逻辑控制模块设有恒流驱动芯片和控制恒流驱动芯片的单片机；恒流驱动芯片的DIM管脚设有控制负载的PWM电路；恒流驱动芯片的DIM管脚设有检测系统温度的热敏电阻，单片机、热敏电阻、恒流驱动芯片构成闭环；单片机与蓄电池构成闭环的充电、电压检测系统；单片机与蓄电池构成闭环的放电、电压检测系统；单片机、太阳能电池板的输出电压、恒流驱动芯片构成闭环。

进一步的闭环的充电、电压检测系统为单片机3脚ADC2位置检测蓄电池电压值，6脚通过Q4（MOS管）控制蓄电池充电。单片机通过7脚检测太阳能板的输出电压。闭环的放电、电压检测系统为单片机3脚ADC2位置检测蓄电池电压值，5脚通过Q9控制蓄电池放电。所述的单片机5脚控制恒流驱动芯片的DIM脚。

本实施案例中单片机为ATtiny13单片机，恒流驱动芯片为PT4115芯片。

下面结合本实用新型的具体应用，进一步了解本实用新型。

1)光控部分，单片机、太阳能电池板的输出电压、恒流驱动芯片构成闭环，恒流驱动芯片PT4115的DIM管脚连接的PWM电路对负载LED进行调光，DIM管脚电压低于0.3V关断LED电流，高于2.5V全部打开LED电流，PWM电路调光的频率范围从100HZ到20HZ以上。当高电平在0.5V到2.5V之间，也可进行调光。即天黑时，太阳能电池板输出电压低于5V的时候，此时逻辑控制部分无信号为高电平，Q9（8050）截止，无电压到恒流驱动芯片PT4115的DIM脚，DIM脚浮空，恒流驱动芯片PT4115工作使负载LED光源灯亮起，天亮起的时候，太阳能电池板输出电压高于5V，逻辑控制部分的ATtiny13单片机产生PWM电路信号，使得Q9(8050)与地导通产生一个低电平，当加在DIM上的电压低于0.3V时，内部功率开关关断。负载LED电流也降为零。关断期间，内部稳压电路保持待机工作，静态电流仅为95uA。

2)过充、放部分，单片机与蓄电池构成闭环的充电、电压检测系统；单片机与蓄电池构成闭环的放电、电压检测系统；过充过放保护电路起到一个保护蓄电池作用，防止太阳能电池板给蓄电池过充，同时也防止蓄电池过放，提高电池的寿命。当太阳能电池板给蓄电池充电的时候，一旦蓄电池电压达到14.7V的时候，逻辑控制部分的ATtiny13单片机3脚ADC2位置检测到蓄电池电压达到14.7V电压值时，ATtiny13单片机6脚就会控制Q4（MOS管），使MOS管断开，这部分就会停止给蓄电池充电，电池电压低于14V的时候又恢复充电，充电的过程当中分三个模式在充电，当电池电压≤12V时控制器按恒压的方式进行充电，当电池电压12V～14V时的这个范围控制器按恒流的方式进行充电，当电池电压≥14V时的这个范围控制器按涓流的方式进行充电，这样充电的效果可以提高电池的使用寿命。放电保护指的是当电池的电压低于9.6V的时候，ATtiny13单片机5脚就会控制Q9（8050），一旦8050与地端导通就会关断恒流驱动芯片PT4115关断负载；这样蓄电池的电不会被全部耗尽，过充过放的功能能达到保护电池延长了电池的寿命。

3）恒流在该控制器中起到一个输出到负载LED光源的电流精度保持在5%的范围，具体的一个工作模式是电池的电压在10.8V-14V这个范围波动，而输出到LED灯板的电流保持稳定，这样就使得负载LED光源的亮度保持一致没有变化，同时也提高了LED灯的使用寿命实现这项恒流技术的主要元件为恒流驱动芯片PT4115来实现该功能，恒流驱动芯片PT4115输入电压范围从8V到30V，输出电流可调，最大可达1.2A,采用高端电流采样设置LED平均电流， 5%的输出电流精度，当DIM的电压低于0.3V时，功率开关关断，恒流驱动芯片PT4115进入极低工作电流待机状态。恒流驱动芯片PT4115和电感（L）、电流采样电阻（RS）形成一个自振荡的连续电感电流模式的降压型恒流LED控制器。电池VIN电压上电时，电感（L）和电流采样电阻（RS）的初始电流为零。CS比较器的输出为高，内部功率开关导通，SW的电位为低。电流通过电感（L）、电流采样电阻（RS）、LED和内部功率开关从VIN流到地，电流上升的斜率由VIN、电感（L）和LED压降决定，在RS上产生一个压差Vcsn,当（VIN-VCSN）＞115mv时，CS比较器的输出变低，内部功率开关关断，电流以另一个斜率流过电感（L）、电流采样电阻（RS）、LED和肖特基二极管（D）、当（VIN-VCSN）＜85mv时，功率开关管重新打开，LED上的平均电流为Iout=0.085+0.115/2*Rs=0.1/Rs。高端电流采样结构使得外部元器件数量很少，节约了产品的成本，同时采用1%精度的采样电阻，输出到LED的电流控制在5%的精度。

4）单片机、热敏电阻、恒流驱动芯片构成闭环，恒流驱动芯片PT4115通过DIM管脚接热敏电阻(NTC)到LED附近，检测温度动态调节LED电流保护LED，具体的实施是通过DIM管脚外接热敏电阻（NTC）或者是二极管（负温度系数）到LED附近，检测LED随着温度升高，DIM端电压降低，从而降低LED端输出电流，实现系统的温度补偿。

5）恒流驱动芯片PT4115的DIM管脚PWM电路调光的频率范围从100Hz到20KHz以上，内部的上拉电阻（典型200K电阻）接在内部稳压电压5V上，DIM管脚的电压由内部和外部的电阻分压决定。DIM管脚在正常工作时可以浮空，当加在DIM上的电压低于0.3V时，内部功率开关关断，LED电流也会降为零。关断期间，内部稳压电路保持待机工作，静态电流仅为95uA。具体见图3和光控的控制方法内式，只不过在晚上工作的过程当中，达到一个设置半功率的时间时，ATtiny13单片机5脚控制恒流驱动芯片PT4115的DIM管脚即可实现半功率功能。ATtiny13单片机5脚来控制恒流驱动芯片PT4115的DIM管脚加PWM电路信号进行调光，实现一个上半夜LED全功率工作，到下半夜时LED灯实现半功率状态，这样灯的亮度就会下降一半，这个功能对整个草坪灯来说可以达到两个目的，A、可以使灯在阴雨天气下可以延长亮灯时间，比如没有该功能的控制器太阳能户外产品只能连续工作3个阴雨天，上半夜和下半夜都工作在全功率状态下，这样也就加大了灯的耗电，缩短了亮灯时间。用该功能的控制器太阳能户外产品就能工作8-12天的工作时间，因为上半夜灯是工作在全功率状态下，灯的亮度也亮，等一到下半夜的这个时候，下半夜可以把灯的亮度下降一半。B、可以使LED灯的寿命加长。主要在上半夜和下半夜控制上是通过电路中的ATtiny13单片机的程序信号，传送到恒流部分的主要芯片PT4115的DIM脚，当ATtiny13单片机5脚输出信号到PT4115恒流芯片的DIM管脚，电压在0.5V时LED灯电流减小，相当于LED灯工作在半功率状态下，高于2.5V全部打开LED电流，输出LED电流保持恒定，相当于LED灯工作在全功率状态下，恒流驱动芯片的DIM管脚的一个PWM电路调光功能，引用单片机的控制信号达到了一个上半夜全功率，而下半夜半功率的功能。

6）单片机、太阳能板的输出电压、恒流驱动芯片构成闭环，逻辑控制部分ATtiny13单片机7脚检测在2分钟内延时启动，可自动判断汽车灯光或其它照明灯光对草坪灯的干扰，使灯光控制更加稳定可靠。

7）ATtiny13单片机7脚（ADC1）位置来检测太阳能板的输出电压，当太阳能板的电压≥15V判断为晴天，当天黑的时候ATtiny13单片机5脚控制恒流部分的恒流驱动芯片PT4115的DIM管脚为正常的上半夜全功率，下半夜半功率的模式工作；阴雨天的时候ATtiny13单片机7脚（ADC1）位置来检测太阳能板的输出电压≤15V时，而天黑的时候ATtiny13单片机5脚控制恒流部分的恒流驱动芯片PT4115的DIM管脚，使PT4115的输出功率上半夜下降20%；下半夜下降70%进行工作，有利于提高整个系统的工作时间。

Claims

1.一种太阳能控制器，其特征在于，包括：

所述的恒流驱动芯片的DIM管脚设有控制负载的PWM电路；

所述的单片机与蓄电池构成闭环的充电、电压检测系统；

所述的单片机与蓄电池构成闭环的放电、电压检测系统；

2.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，所述的闭环的充电、电压检测系统为单片机3脚ADC2位置检测蓄电池电压值，6脚通过Q4控制蓄电池充电。

3.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，所述的单片机通过7脚检测太阳能板的输出电压。

4.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，所述的闭环的放电、电压检测系统为单片机3脚ADC2位置检测蓄电池电压值，5脚通过Q9控制蓄电池放电。

5.如权利要求1或4所述的太阳能控制器，其特征在于，所述的单片机5脚控制恒流驱动芯片的DIM脚。

6.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，所述的单片机为ATtiny13单片机。

7.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，所述的恒流驱动芯片为PT4115芯片。