CN202121814U - 一种pwm调光太阳能控制器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了PWM调光太阳能控制器，包括外壳及安装在外壳内的MCU主控制芯片、PWM功率驱动电路、温度传感器、光照度采集电路、按键及显示电路与电流传感器，太阳能电池板电路上连接有控制开关管MOS管Q23和Q22，负载电路上连接有控制开关管MOS管Q20，PWM输出连接有开关管MOS管Q21，MOS管Q23和Q22分别与一充电控制模块连接，MOS管Q20与一负载控制模块，MOS管Q21与一PWM驱动模块连接，充电控制模块通过控制Q23、Q22使电池板给蓄电池充电，负载控制模块控制Q20打开负载，Q21为PWM输出控制开关，PWM驱动模块控制通过控制PWM占空比以调节负载功率。本实用新型具有智能调节LED路灯亮度和功率，实现分时段分功率控制，整个过程完全实现自动控制器的优点。

Description

一种PWM调光太阳能控制器
技术领域
本实用新型涉及太阳能光伏技术领域，具体地说是一种太阳能与LED驱动应用结合的PWM调光太阳能控制器。
背景技术
随着太阳能路灯应用的普及，越来越多的太阳能路灯选择LED作为光源。LED具有绿色节能，光衰小，光效高，调光方便等特点，很适合用在太阳能系统供电的路灯上。传统的控制器只有一路输出，控制LED路灯采用单一功率驱动，控制不够灵活，尤其在后半夜无人时，路灯全功率工作，造成能量的浪费。另外的路灯控制器采用双路输出方案，控制两个灯头，实现方式为前半夜两个灯头一起开，后半夜只亮一盏灯。该方案存在的缺点为路灯灯头设计比较复杂，成本高，而且两盏灯亮灯时间不一样，光衰也不同，使得亮灯时间长的一盏光衰比较严重。
发明内容
本实用新型的目的是提供PWM调光的太阳能控制器，智能调节LED路灯亮度和功率，实现分时段分功率控制，整个过程完全实现自动控制器，无需人员操作干预。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现。
一种PWM调光太阳能控制器，其特征在于：所述PWM调光太阳能控制器包括外壳及安装在外壳内的MCU主控制芯片、PWM功率驱动电路、温度传感器、光照度采集电路、按键及显示电路与电流传感器，MCU主控制芯片分别与PWM功率驱动电路、温度传感器、光照度采集电路、按键及显示电路及电流传感器电连接，蓄电池通过PWM功率驱动电路与光电池电连接，MCU主控制芯片与光电池电连接，
太阳能电池板电路上连接有控制开关管MOS管Q23和Q22，两个MOS管反串接具有防止太阳能反接作用以及晚上防止蓄电池给太阳能板放电，负载电路上连接有控制开关管MOS管Q20，PWM输出连接有开关管MOS管Q21，MOS管Q23和Q22分别与一充电控制模块连接，MOS管Q20与一负载控制模块，MOS管Q21与一PWM驱动模块连接，充电控制模块通过控制Q23、Q22使电池板给蓄电池充电，同时判断光线强弱，当光线减弱到一定程度时，负载控制模块控制Q20打开负载，当光线强于一定值时，控制Q20关闭负载，Q21为PWM输出控制开关，PWM驱动模块控制通过控制PWM占空比以调节负载功率。
PWM信号占空比可调。
所述负载包括有第一负载和第二负载，第一负载输出直流驱动信号，第二负载输出PWM调光信号。
所述按键为双按键双数码管结构，全功率和半功率时间分别设置。
所述显示电路上设有显示控制器工作模式的4个单色led指示灯。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
本实用新型由于充电控制模块通过控制Q23、Q22使电池板给蓄电池充电，同时判断光线强弱，当光线减弱到一定程度时，负载控制模块控制Q20打开负载，当光线强于一定值时，控制Q20关闭负载，Q21为PWM输出控制开关，PWM驱动模块控制通过控制PWM占空比以调节负载功率，这样本实用新型便具有一路直流输出，一路PWM输出，可以灵活的控制负载如LED路灯功率，克服以上现有控制器存在的缺点，达到节能目的，并且参数设置方便，可达到不同时段LED路灯功率不同的目的。
附图说明
图1为本实用新型PWM调光太阳能控制器之部分电路方框图；
图2为本实用新型PWM调光太阳能控制器应用实施例一电路方框图；
图3为本实用新型PWM调光太阳能控制器应用实施例二电路方框图；
图4为本实用新型PWM调光太阳能控制器电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型PWM调光太阳能控制器作进一步详细描述。
如图1、图4所示，本实用新型所述的PWM调光太阳能控制器包括外壳及安装在外壳内的MCU主控制芯片、PWM功率驱动电路、温度传感器、光照度采集电路、按键及显示电路与电流传感器。MCU主控制芯片分别与PWM功率驱动电路、温度传感器、光照度采集电路、按键及显示电路及电流传感器电连接，蓄电池通过PWM功率驱动电路与光电池电连接，MCU主控制芯片与光电池电连接。太阳能电池板电路上连接有控制开关管MOS管Q23和Q22，两个MOS管反串接具有防止太阳能反接作用以及晚上防止蓄电池给太阳能板放电，负载电路上连接有控制开关管MOS管Q20，PWM输出连接有开关管MOS管Q21。光照度采集电路包括相互串联的电阻R1与R2，光电池与串联后的电阻R1、R2的两端电连接。光电池与一防雷管电连接。蓄电池与一保险丝电连接。
整个系统由电脑控制芯片MCU来控制，TVS为防雷管，因为光电池一般安装位置较高，为避免雷电对控制器损害，故增加此装置。R1和R2为光照度采集电路，通过检测光电池两端电压从而判断出目前光照度大小，当MCU检测到光照度小于某个值时，打开负载；当光照度大于某个值时，关闭负载，从而达到自动开灯和关灯的目的。Q22和Q23为充电控制开关管，当MCU检测到光电池电压大于蓄电池电压时Q23和Q22开始导通，对蓄电池充电，Q23和Q22由PWM功率控制器提供PWM驱动信号，MCU不断的检测蓄电池电压，根据其电压大小来调节PWM信号的占空比，达到使蓄电池电压恒定在某个特定电压的目的，防止蓄电池过冲。正常放电时，当全功率工作时，Q21和Q20导通，Q21的占空比为100％，当半功率工作时，Q21的占空比为50％。RS1为电流采样电阻，检测蓄电池供电时的电流，当电流超过额定电流是时切断负载。FUSE1串接在蓄电池回路，当发生意外时，保险丝烧掉，切断控制器与蓄电池连接防止电流过大损坏控制器或是开关电源。温度传感器检测蓄电池温度，MCU根据当前温度计算出合理的蓄电池充电电压，达到温度补偿的作用。按键和LED显示部分为人机交互界面，可以调节负载工作模式。短路检测模块检测负载是否有短路情况发生，如有发生立即关闭负载输出，保护内部电路不受损坏，当短路解除后控制器回复输出。
充电控制模块通过控制Q23、Q22使电池板给蓄电池充电，同时判断光线强弱，当光线减弱到一定程度时，负载控制模块控制Q20打开负载，当光线强于一定值时，控制Q20关闭负载。Q21为PWM输出控制开关。PWM模块控制通过控制PWM占空比，达到调节负载功率的目的。
当load2_DC为高时，Q7导通，使Q5基极拉为低电平，Q5关断，Q19导通，Q21栅源极电压为11V，所以Q21导通，PWM接口“-”极被拉为低电平。
当load2_DC为低时，11V电源通过R7和R14、R21到Q5的基极，使Q5导通，Q21栅源极电压为0V，所以Q21关断，PWM接口“-”极接上拉电阻，被拉到高电平。
如图2，本实用新型PWM调光太阳能控制器应用方案一：
将恒流源的电源端(“+”、“-”端口)连接到控制器负载端，将调光线(P端口)连接到控制器的PWM调光端的“-”极。这种方案适合于LED路灯自带恒流源，而恒流源又支持PWM调光，控制器可以通过控制线控制可调光恒流源的功率，当LED路灯全功率时，PWM占空比为100％，当LED功率需要调节时，改变PWM占空比以达到控制LED平均电流的目的。这种方案控制器的PWM输出只提供控制信号，其驱动能力比较弱。
如图3，本实用新型PWM调光太阳能控制器应用方案二：
该方案中，控制器直接驱动LED路灯负载，将LED负载直接连接到控制器的PWM输出端。这种应用需要LED负载可以直接接蓄电池电压而不损坏，通常做法为给灯珠串接限流电阻的方式。通过快速开断PWM端口MOS管，达到调光的目的，因为PWM频率很高，所以看不到负载闪烁的情况。此方案需要PWM端口提供功率输出，所以这种方案下PWM端口驱动能力要求很强。
状态指示：
本实用新型控制器有丰富的状态指示，指示方式均用单色led，通过其亮灭，及闪烁情况指示控制器当前状态，表述如下：
A、电池板指示：晚上时，指示灯熄灭；白天时，当太阳能电池板输出电压达到一定值时，太阳能电池指示灯长亮；开始给蓄电池充电时，太阳能电池板指示灯慢闪；系统超压时，指示灯快闪。
B、蓄电池指示：蓄电池状态正常时，蓄电池指示灯长亮；当蓄电池欠压时蓄电池指示灯慢闪；当蓄电池过放时蓄电池指示灯快闪，同时关闭负载；
C、负载指示：当负载正常工作时，负载指示灯长亮；当电流超过额定电流1.25倍持续30s，或电流超过额定电流1.5倍持续5s，负载过流时，负载指示灯慢闪，同时控制器将关闭负载；负载短路时，控制器立刻关闭负载，同时负载指示灯快闪。
PWM输出指示：当PWM输出占空比为100％时，指示灯常亮，当占空比为其他值时，指示灯慢闪。
指示表格如下：
工作状态指示
Figure BSA00000410068300041
模式介绍
本实用新型有五个模式分别为：纯光控模式，光控+时控模式，手动模式，调试模式和自定义模式。详细说明如下：
纯光控(0)：当没有阳光时，光强降至启动点，控制器延时10分钟确认启动信号后，根据设置参数开通负载，负载开始工作；当有阳光时，光强升到启动点，控制器延时10分钟确认关闭信号后关闭输出，负载停止工作。
光控+时控(1～4.)：启动过程与纯光控相同，当负载工作到设定时间就自动关闭，全功率可设置时间1～14小时，半功率可设置时间0～14小时。
手动模式(5.)：该模式下用户可以通过按键控制负载的打开与关闭，而不管是否在白天或是晚上。此模式用于一些特殊负载的场合或是调试时使用。第一次按下Mode Setup负载打开，为全功率，再按下为1/2功率，再按下为1/3功率，再次按下负载关闭。
调试模式(6.)：用于系统调试时使用，有光信号时即关闭负载，无光信号开通负载，方便安装调试时检查系统安装的正确性。
自定义模式(7.)：自定义模式最多支持8时段调光，为用户提供更加丰富和灵活的控制方式。
自定义模式默认8时段，每段1小时，功率从100％到30％以10％递减。8小时结束后，关闭负载。
工作模式设置表
Figure BSA00000410068300051

Claims (5)

1.一种PWM调光太阳能控制器，其特征在于：所述PWM调光太阳能控制器包括外壳及安装在外壳内的MCU主控制芯片、PWM功率驱动电路、温度传感器、光照度采集电路、按键及显示电路与电流传感器，MCU主控制芯片分别与PWM功率驱动电路、温度传感器、光照度采集电路、按键及显示电路及电流传感器电连接，蓄电池通过PWM功率驱动电路与光电池电连接，MCU主控制芯片与光电池电连接，
太阳能电池板电路上连接有控制开关管MOS管Q23和Q22，两个MOS管反串接具有防止太阳能反接作用以及晚上防止蓄电池给太阳能板放电，负载电路上连接有控制开关管MOS管Q20，PWM输出连接有开关管MOS管Q21，MOS管Q23和Q22分别与一充电控制模块连接，MOS管Q20与一负载控制模块，MOS管Q21与一PWM驱动模块连接，充电控制模块通过控制Q23、Q22使电池板给蓄电池充电，同时判断光线强弱，当光线减弱到一定程度时，负载控制模块控制Q20打开负载，当光线强于一定值时，控制Q20关闭负载，Q21为PWM输出控制开关，PWM驱动模块控制通过控制PWM占空比以调节负载功率。
2.根据权利要求1所述的PWM调光太阳能控制器，其特征在于：PWM信号占空比可调。
3.根据权利要求1或2所述的PWM调光太阳能控制器，其特征在于：所述负载包括有第一负载和第二负载，第一负载输出直流驱动信号，第二负载输出PWM调光信号。
4.根据权利要求3所述的PWM调光太阳能控制器，其特征在于：所述按键为双按键双数码管结构，全功率和半功率时间分别设置。
5.根据权利要求3所述的PWM调光太阳能控制器，其特征在于：所述显示电路上设有显示控制器工作模式的4个单色led指示灯。
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