CN203748059U - 一种太阳能路灯控制器拓扑电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能路灯控制器拓扑电路，其中LED灯串联第五场效应管后接在双向DCDC变换器的正输入端和负输入端之间，太阳能光伏板串联第一场效应管后接在双向DCDC变换器的正输入端和负输入端之间，蓄电池串联第四场效应管后接在双向DCDC变换器的正输出端和负输出端之间，DCDC变换器的负输入端接地，驱动电路连接第一、第四、第五场效应管的栅极。本实用新型充分利用了太阳能路灯系统充放电不同时的特点，在充电时双向DCDC变换器为降压变换器，在放电时则为升压变换器，藉此把功率器件的利用率提高了一倍，降低了制备成本，减小人体积，便于工程安装。

Description

一种太阳能路灯控制器拓扑电路

技术领域

本实用新型涉及太阳能路灯控制器拓扑电路，尤其涉及一种具有双向DCDC变换器、体积小成本低的太阳能路灯控制器拓扑电路。

背景技术

在太阳能路灯行业中，MPPT（最大功率点跟踪）技术越来越被广泛的应用。MPPT技术控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值（VI），使太阳能电池板以最大功率输出并对蓄电池充电管理。MPPT太阳能控制器是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。

图1是现有MPPT控制器的拓扑结构图，其中PV是光伏组件，S1是防止蓄电池夜间给光伏组件放电，同时也防止PV正负接反功能，C1是输入滤波电容，S2是高频开关主管，S2，D1和L1形成BUCK电路（降压变换器），通过控制C1两端的电压来完成MPPT功能。S4为电池防反接保护。S3为高频主功率管，L2，S3和D2形成BOOST电路（升压变换器），来控制输出恒流电流，以便恒流驱动LED灯，达到调光目的。

现有的MPPT控制电路虽然可以实现MPPT功能和恒流驱动LED功能，但存在以下缺陷：

1、成本高。

2、集成度低、控制器体积大，使之难以放了路灯杆内。

3、DCDC转换效率低。

故此开发一种低成本、集成度高和高效率的具有MPPT功能和恒流驱动LED功能的控制电路是业内亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型是要解决现有技术的上述问题，提出具有双向DCDC变换器的太阳能路灯控制器拓扑电路。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是设计一种太阳能路灯控制器拓扑电路，其包括：光伏板、第一场效应管、蓄电池、第四场效应管、LED灯、第五场效应管、双向DCDC变换器和控制各场效应管动作的驱动电路;其中LED灯串联第五场效应管后接在双向DCDC变换器的正输入端和负输入端之间，太阳能光伏板串联第一场效应管后接在双向DCDC变换器的正输入端和负输入端之间，蓄电池串联第四场效应管后接在双向DCDC变换器的正输出端和负输出端之间，DCDC变换器的负输入端接地，所述驱动电路连接第一、第四、第五场效应管的栅极。

所述双向DCDC变换器可以包括电容、第二场效应管、第三场效应管、电感，其中所述正输入端连接电容的一端和第二场效应管的漏极，第二场效应管的源极连接电感的一端和第三场效应管的漏极，电感的另一端连接所述正输出端，电容的另一端和第三场效应管的源极连接所述负输入端，负输入端连接负输出端和地，所述驱动电路（图中未绘出）连接第二和第三场效应管的栅极。

所述双向DCDC变换器也可以包括电容、第二场效应管、第三场效应管、电感，其中所述正输入端连接电容的一端和第三场效应管的漏极以及所述正输出端，第三场效应管的源极连接第二场效应管的漏极和电感的一端，电容的另一端和第二场效应管的源极连接所述负输入端，负输入端接地，电感的另一端连接所述负输出端，所述驱动电路（图中未绘出）连接第二和第三场效应管的栅极。

与现有技术相比，本实用新型充分利用了太阳能路灯系统充放电不同时的特点，在充电时双向DCDC变换器为降压变换器，在放电时则为升压变换器，具有以下优点：1、把主要功率器件的利用率提高了一倍，即原来要用两个电容C1和C2，现在只用一个电容C1，原来要用两个电感L1和L2，现在只用一个电感L1。2、原来MPPT充电的时候，是用二极管D1续流，现在采用同步整流，由S3来完成同步整流，转换效率大大提高。3、原来驱动LED的时候，是用二极管D2续流，现在采用同步整流，由S2来完成同步整流，转换效率大大提高。4、因为整个系统的主功率器件减少，让太阳能控制器的集成度非常高，达到了既具备MPPT技术和恒流驱动技术，又体积小，便于工程安装。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作出详细的说明，其中：

图1为现有太阳能路灯控制器拓扑电路；

图2为本实用新型原理框图；

图3为本实用新型一个实施例的拓扑电路；

图4为本实用新型另一个实施例的拓扑电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处说描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图2示出了本实用新型的原理框图，其包括光伏板PV、第一场效应管S1、蓄电池、第四场效应管S4、LED灯、第五场效应管S5、双向DCDC变换器和控制各场效应管动作的驱动电路;其中LED灯串联第五场效应管后接在双向DCDC变换器的正输入端IN+和负输入端IN-之间，太阳能光伏板串联第一场效应管后接在双向DCDC变换器的正输入端IN+和负输入端IN-之间，蓄电池串联第四场效应管后接在双向DCDC变换器的正输出端OUT+和负输出端OUT-之间，DCDC变换器的负输入端IN-接地，所述驱动电路连接第一、第四、第五场效应管的栅极。

本实用新型的核心模块是双向DCDC变换器，当PV向蓄电池（Battery）充电的时候双向DCDC变换器相当于BUCK电路，能量从左边光伏板流向右边蓄电池；当蓄电池驱动LED的时候，双向DCDC变换器相当于BOOST电路，能量从右边蓄电池流向左边LED灯。PV是光伏组件，S1是防止蓄电池夜间给光伏组件放电，同时也防止PV正负接反功能，本实用新型原来的C1和C2（参看图1）合并成了C1，C1既是输入滤波电容，又是输出滤波电容，在MPPT充电的时候，C1是出入电容，在恒流驱动LED的时候，是输出电容。S2，S3是高频开关主管，C1、S2、S3和L形成双向DCDC，当MPPT充电的时候是BUCK电路，当驱动LED的时候，是BOOST电路。S4为电池防反接保护。S5为LED输出控制。

太阳能路灯系统，整个工作周期过程如下：关闭恒流驱动（黎明）→开通S1准备充电（黎明）→MPPT充电（早上到下午）→恒压均充（傍晚）→恒压浮充（傍晚）→停止充电（黄昏）→开通S5准备驱动LED（黄昏）→恒流驱动LED（天黑）→关闭恒流驱动（黎明）。

参看图3示出的一个实施例的电路图，双向DCDC变换器包括电容C1、第二场效应管S2、第三场效应管S3、电感L，其中所述正输入端IN+连接电容的一端和第二场效应管的漏极，第二场效应管的源极连接电感的一端和第三场效应管的漏极，电感的另一端连接所述正输出端OUT+，电容的另一端和第三场效应管的源极连接所述负输入端IN-，负输入端连接负输出端和地，所述驱动电路（图中未绘出）连接第二和第三场效应管的栅极。

以下就每个阶段进行阐述：

（1）关闭恒流驱动（黎明）阶段。黎明的时候，太阳光线开始照射PV组件，MCU通过PV组件探测到太阳光，通过关闭S2，S3，S5停止恒流驱动LED灯。

（2）开通S1准备充电（黎明）。随着太阳光照强度加强，MCU打开S1，以便降低导通损耗，同时为进入MPPT充电做好准备。

（3）MPPT充电（早上到下午）。控制器完成自检，开通高频功率管S2，S3，让S2，S3和L形成BUCK电路，并检测C1两端的电压，实时计算PV组件的最佳工作电压，达到跟踪PV最大功率的目的。此时S2，S3的PWM波形互补，达到同步整流功能。

（4）恒压均充（傍晚）。当电池电压上升到最大充电电压的时候，进入恒压均充阶段。此时S2，S3的PWM波形互补，达到同步整流功能。

（5）恒压浮充（傍晚）。当充电电流变小，进入恒压浮充阶段。

（6）停止充电（黄昏）。太阳逐渐落山，光照强度降低，关闭S1，S2和S3，停止充电。

（7）开通S5准备驱动LED（黄昏）。光照强度进一步降低，开通S5，准备恒流驱动LED。

（8）恒流驱动LED（天黑）。开起高频功率管S2，S3，让S2，S3和L形成BOOST电路，并检测LED的驱动电流，让LED恒流驱动。此时S2，S3的PWM波形互补，达到同步整流功能。

（9）到黎明，重新回到第（1）。

参看图4示出的另一个实施例的电路图，双向DCDC变换器包括电容C1、第二场效应管S2、第三场效应管S3、电感L，其中所述正输入端IN+连接电容的一端和第三场效应管的漏极以及所述正输出端OUT+，第三场效应管的源极连接第二场效应管的漏极和电感的一端，电容的另一端和第二场效应管的源极连接所述负输入端IN-，负输入端接地，电感的另一端连接所述负输出端，所述驱动电路（图中未绘出）连接第二和第三场效应管的栅极。

图4示出电路的工作原理与图3的相同，在此不再赘述。

以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (3)

1.一种太阳能路灯控制器拓扑电路，其特征在于包括：光伏板（PV）、第一场效应管（S1）、蓄电池、第四场效应管（S4）、LED灯、第五场效应管（S5）、双向DCDC变换器和控制各场效应管动作的驱动电路;其中LED灯串联第五场效应管后接在双向DCDC变换器的正输入端和负输入端之间，太阳能光伏板串联第一场效应管后接在双向DCDC变换器的正输入端和负输入端之间，蓄电池串联第四场效应管后接在双向DCDC变换器的正输出端和负输出端之间，DCDC变换器的负输入端接地，所述驱动电路连接第一、第四、第五场效应管的栅极。

2.如权利要求1所述的太阳能路灯控制器拓扑电路，其特征在于：所述双向DCDC变换器包括电容（C1）、第二场效应管（S2）、第三场效应管（S3）、电感（L），其中所述正输入端连接电容的一端和第二场效应管的漏极，第二场效应管的源极连接电感的一端和第三场效应管的漏极，电感的另一端连接所述正输出端，电容的另一端和第三场效应管的源极连接所述负输入端，负输入端连接负输出端和地，所述驱动电路连接第二和第三场效应管的栅极。

3.如权利要求1所述的太阳能路灯控制器拓扑电路，其特征在于：所述双向DCDC变换器包括电容（C1）、第二场效应管（S2）、第三场效应管（S3）、电感（L），其中所述正输入端连接电容的一端和第三场效应管的漏极以及所述正输出端，第三场效应管的源极连接第二场效应管的漏极和电感的一端，电容的另一端和第二场效应管的源极连接所述负输入端，负输入端接地，电感的另一端连接所述负输出端，所述驱动电路连接第二和第三场效应管的栅极。