CN203632908U - 一种太阳能灯控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能灯控制装置，包括蓄电池，蓄电池正极经过放电保护电路与LED灯正极连接，LED灯负极经控制电路与蓄电池负极连接；蓄电池正极经过充保护电路与太阳能电池板正极连接，太阳能电池板负极与蓄电池负极连接；太阳能电池板正极与控制电路连接。本实用新型针对现有技术的不足，设计了一种基于TL431稳压器的太阳能LED照明控制电路。利用TL431稳压器的可控开关特性实现了太阳能路灯系统路灯的开关控制、蓄电池过充电、过放电保护等功能。该控制器具有高效、节能、灵敏的特点，可实现LED路灯白天关灯、晚上开灯和LED准恒流控制功能。

Description

一种太阳能灯控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能灯控制装置，属于太阳能灯具控制技术领域。

背景技术

目前，太阳能灯控制器还处于研究和开发阶段，市售的控制器多采用单片机控制方式，有电路复杂、成本较高、维修困难等缺点。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种太阳能灯控制装置，以实现太阳能路灯的开关控制、蓄电池过充电、过放电保护等功能。

本实用新型的技术方案：

一种太阳能灯控制装置，包括蓄电池，蓄电池正极经过放电保护电路与LED灯正极连接，LED灯负极经控制电路与蓄电池负极连接；蓄电池正极经过充保护电路与太阳能电池板正极连接，太阳能电池板负极与蓄电池负极连接；太阳能电池板正极与控制电路连接。

前述太阳能灯控制装置中，所述控制电路设有接地端子d、太阳能电池板检测端子s，工作电源端子v和开关端子k；太阳能电池板检测端子s 依次经电阻R2和电阻R3与接地端子d连接；工作电源端子v依次经电阻R10、光耦U1的输入端和稳压器T4与接地端子d连接，稳压器T4的控制极与电阻R2和电阻R3的连接节点连接；工作电源端子v依次经电阻R11、光耦U1的输出端与接地端子d连接；电阻R11与光耦U1输出端的连接节点与三极管基极b连接，三极管基极b依次经二极管D3和二极管D4与接地端子d连接；三极管集电极c与开关端子k连接，三极管发射极e经电阻R16与接地端子d连接。

前述太阳能灯控制装置中，所述过放电保护电路设有接地端子d、工作电源端子v和照明输出端子z；工作电源端子v依次经电阻R12和电阻R13与接地端子d连接；工作电源端子v依次经电阻R14和稳压器T3与接地端子d连接，电阻R14两端与电容C2并联，稳压器T3的控制极与电阻R12和电阻R13的连接节点连接；工作电源端子v与场效应管Q2的源极S连接，场效应管Q2的漏极D与照明输出端子z连接，场效应管Q2的栅极G与稳压器T3的阳极连接。

前述太阳能灯控制装置中，所述过充保护电路设有接地端子d、工作电源端子v和蓄电池检测端子f；工作电源端子v经二极管D1与场效应管Q1的源极S连接，场效应管Q1的漏极D与蓄电池检测端子f连接，场效应管Q1的栅极G经稳压器T1与接地端子d连接；二极管D1的负极依次经电阻R4和电容C1与接地端子d连接；蓄电池检测端子f依次经电阻R8和电阻R9与接地端子d连接；蓄电池检测端子f依次经电阻R7和稳压器T2与接地端子d连接；稳压器T1的控制极与稳压器T2的阳极连接，稳压器T2的控制极与电阻R8和电阻R9的连接节点连接；稳压器T2的两端与电阻R6并联；电阻R4和电容C1的连接节点与稳压器T1的阳极和电阻R5一端连接，电阻R5的另一端经二极管D2与稳压器T2的阳极和电阻R8与电阻R9的连接节点连接。

前述太阳能灯控制装置中，所述蓄电池的规格为12 V 7.2 AH蓄电池；正常工作电压为10.6 ～14.4 V。

前述太阳能灯控制装置中，所述稳压器的型号为TL431。

前述太阳能灯控制装置中，所述三极管为NPN型三极管。

前述太阳能灯控制装置中，所述光耦的型号为TLP521型。

前述太阳能灯控制装置中，所述场效应管为P沟道场效应管。

与现有技术相比，本实用新型针对现有技术的不足，设计了一种基于TL431稳压器的太阳能LED照明控制电路。利用TL431稳压器的可控开关特性实现了太阳能路灯系统路灯的开关控制、蓄电池过充电、过放电保护等功能。该控制器具有高效、节能、灵敏的特点，可实现LED路灯白天关灯、晚上开灯和 LED准恒流控制功能。能满足太阳能路灯在实际应用中的要求。本实用新型适用于草坪灯、庭院灯、广告箱等场合；通过实验表明，该设计的控制器性能优良、运行可靠、成本低廉、维修方便，具有极高的推广价值。

为了检测本实用新型的有益效果，申请人对本实用新型进行了性能测试

实验例

为了对本实用新型的装置进行测试，选取了18 V 20 W太阳能电池板和12 V 7.2 AH蓄电池、230 mA LED灯对控制器进行了实际测试。

1、 充电性能测试

太阳能电池板的开路电压随光照强度变化而变化，所以蓄电池充电曲线还受天气、时间等因素的影响。在实验中选取了3个晴天，从上午10：00开始进行充电测试，得出蓄电池在理想状态下利用控制器进行充电的曲线如图6所示。在一天中光照条件较好的10：00到15：00的5个小时内，蓄电池电压从10.8 V升到14.4 V，实际上此时控制器已关断充电回路。从图3充电曲线可以看出，控制器满足充电控制的设计要求。

2、 放电性能测试

为了得到完整的放电曲线，将太阳能板用黑布覆盖或切断充电回路进行连续放电，蓄电池放电曲线如图7所示，其中放电电流基本保持在230 mA左右。可以看出，蓄电池可以保持路灯工作16个小时，并在10.6 V左右自动关断，其放电性能满足太阳能路灯设计要求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中控制电路的电气原理图；

图3是图1中过放电保护电路的电气原理图；

图4是图1中过充保护电路的电气原理图；

图5是TL431稳压器的内部结构示意图；

图6是蓄电池充电曲线图；

图7是蓄电池放电曲线图。

附图中的标记为：1-蓄电池，2-过放电保护电路，3-LED灯，4-控制电路，5-过充保护电路，6-太阳能电池板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明，但不作为对本实用新型的任何限制。

实施例

一种太阳能灯控制装置，如图1所示。包括蓄电池1，蓄电池1的规格为12 V 7.2 AH蓄电池；正常工作电压为10.6 ～14.4 V。蓄电池1正极经过放电保护电路2与LED灯3正极连接，LED灯3负极经控制电路4与蓄电池1负极连接；蓄电池1正极经过充保护电路5与太阳能电池板6正极连接，太阳能电池板6负极与蓄电池1负极连接；太阳能电池板6正极与控制电路4连接。所述控制电路4如图2所示，设有接地端子d、太阳能电池板检测端子s，工作电源端子v和开关端子k；太阳能电池板检测端子s 依次经电阻R2和电阻R3与接地端子d连接；工作电源端子v依次经电阻R10、光耦U1的输入端和稳压器T4与接地端子d连接；光耦的型号为TLP521型；稳压器T4的控制极与电阻R2和电阻R3的连接节点连接；工作电源端子v依次经电阻R11、光耦U1的输出端与接地端子d连接；电阻R11与光耦U1输出端的连接节点与三极管基极b连接，三极管基极b依次经二极管D3和二极管D4与接地端子d连接；三极管集电极c与开关端子k连接，三极管发射极e经电阻R16与接地端子d连接。三极管为NPN型三极管。所述过放电保护电路2如图3所示，设有接地端子d、工作电源端子v和照明输出端子z；工作电源端子v依次经电阻R12和电阻R13与接地端子d连接；工作电源端子v依次经电阻R14和稳压器T3与接地端子d连接，电阻R14两端与电容C2并联，稳压器T3的控制极与电阻R12和电阻R13的连接节点连接；工作电源端子v与场效应管Q2的源极S连接，场效应管Q2的漏极D与照明输出端子z连接，场效应管Q2的栅极G与稳压器T3的阳极连接。所述过充保护电路5如图4所示，设有接地端子d、工作电源端子v和蓄电池检测端子f；工作电源端子v经二极管D1与场效应管Q1的源极S连接，场效应管Q1的漏极D与蓄电池检测端子f连接，场效应管Q1的栅极G经稳压器T1与接地端子d连接；二极管D1的阳极依次经电阻R4和电容C1与接地端子d连接；蓄电池检测端子f依次经电阻R8和电阻R9与接地端子d连接；蓄电池检测端子f依次经电阻R7和稳压器T2与接地端子d连接；稳压器T1的控制极与稳压器T2的阳极连接，稳压器T2的控制极与电阻R8和电阻R9的连接节点连接；稳压器T2的两端与电阻R6并联；电阻R4和电容C1的连接节点与稳压器T1的阳极和电阻R5一端连接，电阻R5的另一端经二极管D2与稳压器T2的阳极和电阻R8与电阻R9的连接节点连接。所述场效应管为P沟道场效应管。稳压器的型号为TL431。TL431是德州仪器公司（TI）生产的一个有良好热稳定性能的精密三端并联稳压二极管并联稳压器。如图5所示，TL431由一个2.5 V的精密基准电压源、一个电压比较器和一个输出开关管等组成。控制极R的电压与稳压器内部的2.5 V精密基准电压源比较，当控制极R电压达到或超过2.5 V时，TL431阴极向阳极方向立即导通。精确控制极R的电压，就可以精确控制其阴极向阳极方向的开关状态。

本实用新型的工作原理

1、控制电路的工作原理如图1和图2所示。太阳能电池板6的正极与控制电路的太阳能电池板检测端子s连接，通过电阻R2和电阻R3分压后接地。当电阻R2与电阻R3连接节点上的电压大于或等于2.5 V时，稳压器T4阴极向阳极导通，从而控制光耦U1导通，三极管Q3进入截止区，切断开关端子k与接地端子d的通道， LED灯熄灭；反之，当电阻R2与电阻R3连接节点上的电压小于2.5 V时，三极管Q3工作在饱和区，开关端子k与接地端子d之间导通，LED灯通过三极管Q3接入主回路灯亮。利用太阳能电池板在不同光照强度下（白天和黑夜）开路电压不同的特点，选择合适阻值的电阻R2和电阻R3，使得在LED灯需要开或关时刻的光照强度下，电阻R3两端电压(即稳压器控制极的电压)恰好为2.5 V，即可实现LED灯的智能开关控制。

蓄电池向LED灯供电过程中，由于二极管D3和二极管D4的钳位作用，三极管Q3的基极b电压基本保持不变，其发射极e电压亦维持在较稳定状态，电阻R16中的电流基本恒定，从而实现LED灯准恒流控制功能。

2、蓄电池过充保护电路的工作原理如图1和图3所示。蓄电池是太阳能路灯的重要部件，必须设计保护电路以避免电池过压或欠压，从而延长电池寿命。设计中选择的型号为12 V 7.2 AH的蓄电池，要求电压保持在10.6 ～14.4 V。通过合理选择图3中电阻R8和电阻R9的阻值，当蓄电池两端电压达到14.4 V时，电阻R8和电阻R9的连接节点电压恰好达到2.5 V，稳压器T1控制极与阳极之间的电压小于2.5 V。因此，稳压器T1被关断，从而P沟道场效应管Q1工作在截止区，将充电回路切断，从而避免电池过充电。

电路中利用稳压器T2控制稳压器T1的控制极电压，使得稳压器T1的控制电压只出现在远大于或远小于2.5 V的区间，从而避免了来自太阳能电池侧电路的干扰，这样可使蓄电池电压刚到达14.4 V时，电路能够彻底切断，增加了保护电路的稳定性和可靠性。

3、蓄电池过放电保护电路的工作原理如图1和图4所示。过放电保护控制电路与过充电保护控制电路有一定的相似性，通过合理选择电阻R12和电阻R13的阻值可以控制稳压器T3的导通和关断，从而达到防止电池过放电以致电压低于10.6 V的目的。

Claims (9)

1.一种太阳能灯控制装置，其特征在于：包括蓄电池（1），蓄电池（1）正极经过放电保护电路（2）与LED灯（3）正极连接，LED灯（3）负极经控制电路（4）与蓄电池（1）负极连接；蓄电池（1）正极经过充保护电路（5）与太阳能电池板（6）正极连接，太阳能电池板（6）负极与蓄电池（1）负极连接；太阳能电池板（6）正极与控制电路（4）连接。

2.根据权利要求1所述太阳能灯控制装置，其特征在于：所述控制电路（4）设有接地端子d、太阳能电池板检测端子s，工作电源端子v和开关端子k；太阳能电池板检测端子s 依次经电阻R2和电阻R3与接地端子d连接；工作电源端子v依次经电阻R10、光耦U1的输入端和稳压器T4与接地端子d连接，稳压器T4的控制极与电阻R2和电阻R3的连接节点连接；工作电源端子v依次经电阻R11、光耦U1的输出端与接地端子d连接；电阻R11与光耦U1输出端的连接节点与三极管基极b连接，三极管基极b依次经二极管D3和二极管D4与接地端子d连接；三极管集电极c与开关端子k连接，三极管发射极e经电阻R16与接地端子d连接。

3.根据权利要求1所述太阳能灯控制装置，其特征在于：所述过放电保护电路（2）设有接地端子d、工作电源端子v和照明输出端子z；工作电源端子v依次经电阻R12和电阻R13与接地端子d连接；工作电源端子v依次经电阻R14和稳压器T3与接地端子d连接，电阻R14两端与电容C2并联，稳压器T3的控制极与电阻R12和电阻R13的连接节点连接；工作电源端子v与场效应管Q2的源极S连接，场效应管Q2的漏极D与照明输出端子z连接，场效应管Q2的栅极G与稳压器T3的阳极连接。

4.根据权利要求1所述太阳能灯控制装置，其特征在于：所述过充保护电路（5）设有接地端子d、工作电源端子v和蓄电池检测端子f；工作电源端子v经二极管D1与场效应管Q1的源极S连接，场效应管Q1的漏极D与蓄电池检测端子f连接，场效应管Q1的栅极G经稳压器T1与接地端子d连接；二极管D1的阳极依次经电阻R4和电容C1与接地端子d连接；蓄电池检测端子f依次经电阻R8和电阻R9与接地端子d连接；蓄电池检测端子f依次经电阻R7和稳压器T2与接地端子d连接；稳压器T1的控制极与稳压器T2的阳极连接，稳压器T2的控制极与电阻R8和电阻R9的连接节点连接；稳压器T2的两端与电阻R6并联；电阻R4和电容C1的连接节点与稳压器T1的阳极和电阻R5一端连接，电阻R5的另一端经二极管D2与稳压器T2的阳极和电阻R8与电阻R9的连接节点连接。

5.根据权利要求1所述太阳能灯控制装置，其特征在于：所述蓄电池（1）的规格为12 V 7.2 AH蓄电池；正常工作电压为10.6 ～14.4 V。

6.根据权利要求2、3或4所述太阳能灯控制装置，其特征在于：所述稳压器的型号为TL431。

7.根据权利要求2所述太阳能灯控制装置，其特征在于：所述三极管为NPN型三极管。

8.根据权利要求2所述太阳能灯控制装置，其特征在于：所述光耦的型号为TLP521型。

9.根据权利要求3或4所述太阳能灯控制装置，其特征在于：所述场效应管为P沟道场效应管。

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