CN202773146U

CN202773146U - 智能风光互补led照明电路

Info

Publication number: CN202773146U
Application number: CN2012204436567U
Authority: CN
Inventors: 周天沛
Original assignee: Xuzhou College of Industrial Technology
Current assignee: Xuzhou College of Industrial Technology
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2022-09-03

Abstract

本实用新型公开了一种智能风光互补LED照明电路，涉及照明技术领域。该电路有一分别与太阳能电池板和风力发电机连接的充电控制器，与充电控制器连接的蓄电池，充电控制器连接LED灯；LED灯采用二组并列的LED灯；充电控制器包括蓄电池充电控制电路和驱动电路；蓄电池充电控制电路包括与太阳电池板连接的防反充二极管、与风力发电机连接的控制开关、用于控制防反冲二极管与控制开关通断的控制器；驱动电路包括与控制器连接的继电器K1、K2和恒流驱动器XL6003，继电器K1、K2的常开触点对应串联在两组LED灯的线路上。优点：提高光源亮度，降低功率消耗，提高发光效率，实现节能、环保、安全、高效的照明。

Description

智能风光互补LED照明电路

技术领域

本实用新型涉及照明技术领域，具体是一种智能风光互补LED照明电路。

背景技术

近些年，随着全球性的能源短缺和环境污染问题的出现，人们迫切希望将节能环保的新技术应用在生活中。太阳能和风能作为一种无公害、储量无穷的自然能量，引起了人们的关注。同时被称为“第四代光源”的LED半导体，它以其寿命长、节能、绿色环保等优点也倍受人们重视。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型提供一种智能风光互补LED照明电路，将风光互补发电技术与LED照明技术结合起来，提高光源亮度，降低功率消耗，提高发光效率，实现节能、环保、安全、高效的照明。

本实用新型是以如下技术方案实现的：一种智能风光互补LED照明电路，包括分别与太阳能电池板和风力发电机连接的充电控制器，与充电控制器连接的蓄电池，充电控制器连接LED灯；所述的LED灯采用二组并列的LED灯；所述的充电控制器包括蓄电池充电控制电路和驱动电路；所述的蓄电池充电控制电路包括与太阳电池板连接的防反充二极管、与风力发电机连接的控制开关、用于控制防反冲二极管与控制开关通断的控制器；所述的驱动电路包括与控制器连接的继电器K1、K2和恒流驱动器XL6003，恒流驱动器XL6003的3脚分别连接两组LED灯的负极，5脚连接LED灯的正极，继电器K1、K2的常开触点对应串联在两组LED灯正极与XL6003的5脚之间的线路上。

本实用新型的有益效果是：将风光互补发电技术与LED照明技术结合起来，提高光源亮度，降低功率消耗，提高发光效率，实现节能、环保、安全、高效的照明。

附图说明

图1是本实用新型原理框图；

图2是本实用新型电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种智能风光互补LED照明电路有一分别与太阳能电池板和风力发电机连接的充电控制器，与充电控制器连接的蓄电池，充电控制器连接LED灯。所述的LED灯采用二组并列的LED灯；所述的充电控制器包括蓄电池充电控制电路和驱动电路；所述的蓄电池充电控制电路包括与太阳电池板连接的防反充二极管、与风力发电机连接的控制开关、用于控制防反冲二极管与控制开关通断的控制器；所述的驱动电路包括与控制器连接的继电器K1、K2和恒流驱动器XL6003，恒流驱动器XL6003的3脚分别连接两组LED灯的负极，5脚连接LED灯的正极，继电器K1、K2的常开触点对应串联在两组LED灯正极与XL6003的5脚之间的线路上。

如图2所示，蓄电池充电控制电路组成如下：防反充二极管D1的正极相连后与太阳能电池和风力发电机输出电压的正极A1连接，负极相连后分别与二极管D2的正极和电阻R1连接，二极管D2的负极与稳压二极管D3的负极连接，稳压二极管D3的正极分别与IC1的1脚和电容C1的正极连接，IC1的2脚接地，IC1的3脚分别与IC2的1脚、电容C2的正极、蓄电池的正极A3、恒流驱动器XL6003的2脚、电阻R4和三极管Q5的e极连接，IC2的2脚接地，IC2的3脚作为+5V电源输出与电容C3的正极连接，电容C1、C2、C3、C4的负极连接，电阻R2、R3并联，电阻R6、R7、R8并联，与MOS管Q1的e极，三极管Q2的e极，晶闸管Q3的负极，电容C7的负极与蓄电池的负极A4连接；电阻R1的另一端分别与电阻R2、R3并联的另一端、电容C4的正极和单片机PIC16F877的RA0相连接，电阻R4的另一端分别与三极管Q2的c极，晶闸管Q3的正极、MOS管Q4的g极和电阻R9连接，电阻R5一端与单片机PIC16F877的RD7连接，另一端与三极管Q2的b极连接，晶闸管Q3的g极分别与电阻R6和电容C7的正极连接，MOS管Q4的c极和电阻R6、R7、R8并联的另一端连接，MOS管Q4的e极与负载A6的负极连接，电阻R16的另一端与比较器LM35的7脚连接，电阻R9的另一端与电阻R17连接，电阻R17的另一端与比较器LM35的3脚和电容C8的正极连接，电阻R19的一端与比较器LM35的2脚和电阻R18连接，另一端接地，电容C8的负极接地，电阻R18的一端接+5V；MOS管Q1的c极和电阻R20与太阳能电池和风力发电机输出电压的负极A2连接，MOS管Q1的g极分别与电阻R20的另一端、稳压二极管D7的负极、电阻R21的一端连接，稳压二极管D7的正极与电容C1的负极连接，电阻R21的另一端与三极管Q5的c极连接，电阻R22的一端与三极管Q5的b极连接，电阻R22与电阻R23连接后与MOS管Q6的c极连接，MOS管Q6的c极接地，电阻R24并联在MOS管Q6的b极和c极之间，电阻R25接在MOS管Q6的b极和单片机PIC16F877的RD4之间，电阻R26、R27、R28、R29的一端接+5V，另一端接单片机PIC16F877的RD0、RD1、RD2、RD3，BCD编码拨动开关SW-DIP4接在电阻R26、R27、R28、R29和地之间。

驱动电路组成如下：恒流驱动器XL6003的2脚分别与蓄电池的正极A3、电容C5的正极和电感L1连接；5脚和6脚分别与电感L1的另一端和稳压二极管D4的正极连接；7脚和8脚接地；3脚分别与10个串联LED灯组的负极，电阻R12、R15连接，负载的正极A5分别与稳压二极管D4的负极，电阻R10、R13，继电器K1、K2，电容C6的正极连接；负载的负极A6分别与电阻R12、R15，电容C5、C6的负极，三极管Q7、Q8的e极连接；电阻R11接在三极管Q8的b极与单片机PIC16F877的RD5之间，电阻R14接在三极管Q7的b极与单片机PIC16F877的RD6之间，二极管D5接在电阻R10与三极管Q8的c极之间，二极管D6接在电阻R13与三极管Q7的c极之间，继电器K1、K2接在负载的正极A5与10个串联LED灯组的正极之间。

本电路主要包括蓄电池充电控制电路和驱动电路两部分组成。第一部分主要涉及充电电路的合理安排，包括充电的思路，蓄电池的保护电路以及蓄电池充电管理等内容，第二部分主要侧重于对LED光源的驱动。蓄电池充电控制电路和驱动电路实现了如下四个方面的功能。

1)充电控制

A1,A2和A3,A4分别代表太阳能电池和风力发电机输出电压的正极、负极和蓄电池的正极、负极。D1为防反充二极管，又称肖特基二极管。其作用是避免由于太阳能电池在阴雨天和夜晚不发电时、风力发电机在无风情况下或出现短路故障时，蓄电池通过太阳能电池放电。它串联在太阳能电池电路中，起单向导通作用。要求其能承受足够大的电流，而且正向电压降要小，反向饱和电流要小。

MOS管Q1是充电电路的开关，MOS管Q1的驱动电路由三极管Q5，MOS管Q6和若干电阻组成，Q6通过R25和单片机PIC16F877的RD4相连，MOS管Q1驱动工作过程如下：

RD4输出1→Q6导通→Q5导通→Q1导通→蓄电池充电开始

当蓄电池要充电时，单片机的RD4输出一个高电平，Q6导通，同时R22和R23交点的电位拉低到零，而三极管Q5的发射极是由电源模块提供的一个12V的电压，导致Q5导通，这样，Q1的栅极电压变成12V，驱动Q1导通，充电控制电路给蓄电池开始充电。而当R D4输出一个低电平时，则Q6，Q5不导通，所以开关管Q1不导通，充电控制电路停止给蓄电池充电。

2) 智能控制

①两种模式：普通模式和节能模式

系统具有普通和节能两种模式，在每天傍晚到凌晨12点之前是普通模式，即两组LED灯都打开，12点之后进入节能模式，即只开一组LED灯。此外，为了使两盏灯能够均衡使用，节能模式所开的灯由控制器根据单双日在两组灯之间轮流切换，避免长期单独使用其中一只而造成灯头过早报废。本控制电路通过对继电器1和继电器2的通断控制来实现对两组LED灯的开关控制，单片机的RD5和RD6作为控制继电器1和继电器2的输出端口。

②智能定时开关功能

本LED照明路灯的智能定时开关功能主要体现在两个方面，一是路灯根据日历时钟芯片DS12887实现自动开关灯，不需要人工操作；二是开关灯时间可以通过外部的BCD编码拨动开关SW-DIP4来进行调整，解决了开关灯时间随四季变化的问题。本设计采用的是一个多位BCD编码拨动开关，里面每个开关都有一块电路板，每一位开关下面的4个管脚输出相应的BCD码。每档按二进制的8421码记数。0=0000,1=0001, 2=0010, 3=0011,4=0100,5=0101, 6=0110, 7=0111,8=1000,9=1001,10=1010,11=1011,12=1100,13=1101,14=1110, 15=1111。拨码开关的16个状态分别代表可定时0-15小时。采用拨码开关可以方便的根据季节的不同及不同地区黑夜时间长短的不同对路灯亮的时间进行灵活的调整。

3) 负载控制和短路保护

A5, A6为负载的正极、负极，Q4为负载开关。

①对负载的控制

电路中R14和单片机PIC16F877的RD7相连接。Q4是NMOS管，栅极有7812提供12V电压。

Q3工作过程：

RD7得到0→Q2截止→Q4导通→蓄电池给负载供电；RD7得到1→Q2导通→Q4截止→蓄电池停止给负载供电。

②短路保护(过流保护)

如果负载短路，使负载正负端短接，那么MOS管的源极端的电压相对于蓄电池的地端是高电平，对应比较器LM358的3脚，产生了大于2脚的电压，这时放大器输出高电平，致使晶闸管Q3导通。将12V的电压传递到Q4的源极，Q4截止。实现了对负载的短路保护。

4) 驱动控制

对于负载部分，光源选择若干个白光LED组成。随着LED技术的日趋成熟，大功率LED越来越多的被用于普通照明等传统光源主导的领域，与传统光源相比，高光效可以作为LED的重要优点之一。而我们清楚LED光源需要恒流驱动，驱动器的效率会影响灯具的总效率。

常用的LED恒流驱动器有Buck，Boost及Buck-Boost等拓扑结构。本次设计中我们对于恒流控制选用XL6003来驱动LED灯。该电路是在芯片XL6003的基础上加上一些外围电路组成的，其中包括：低压降，大电流的肖特基二极管DZ1；电感L1，电容C_in，和C_out，采样电阻R_cs以及负载LED灯具。负载是将10个LED串联获得。LED的额定电流为350mA，额定电压为3.3V，所以该芯片要实现加在LED灯串上的电流为350mA，电压为33V。而采样电阻R_cs是给芯片提供反馈信息的部件。可以通过设置不同的R_cs获得相应的输出电流。由于XL6003的FB端参考电压值为0.23，所以只要根据需要的输出电流值，求出相应的R_cs值即可。

本实施例达到的指标有：①空载电池电流消耗≤20mA；②额定功率≤500W；③负载输出电流短路保护；④输入电压≤40V，反接不工作；⑤自动设置负载工作时间：1-15小时；⑥工作温度范围：0-40℃；⑦效率≥98%。

Claims

1.一种智能风光互补LED照明电路，包括分别与太阳能电池板和风力发电机连接的充电控制器，与充电控制器连接的蓄电池，充电控制器连接LED灯；其特征在于：所述的LED灯采用二组并列的LED灯；所述的充电控制器包括蓄电池充电控制电路和驱动电路；所述的蓄电池充电控制电路包括与太阳电池板连接的防反充二极管、与风力发电机连接的控制开关、用于控制防反冲二极管与控制开关通断的控制器；所述的驱动电路包括与控制器连接的继电器K1、K2和恒流驱动器XL6003，恒流驱动器XL6003的3脚分别连接两组LED灯的负极，5脚连接LED灯的正极，继电器K1、K2的常开触点对应串联在两组LED灯正极与XL6003的5脚之间的线路上。