CN206370979U - 一种变功率太阳能led路灯控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变功率太阳能LED路灯控制器，包括系统监测单元，系统监测单元输入端接太阳能电板，输出端接有状态监测单元、电压监测单元、时钟单元和充电控制单元；状态监测单元、电压监测单元和时钟单元接输出保护单元，输出保护单元通过功率控制单元接功率输出单元，所述功率输出单元接LED负载，能够根据蓄电池的剩余电量，自动调整输出功率，使太阳能LED路灯受季节、天气等因素的影响显著降低，使太阳能LED路灯在有限的电量下能够工作更长的时间。

Description

一种变功率太阳能LED路灯控制器

技术领域

本实用新型涉及一种路灯，特别是一种太阳能LED路灯控制器。

背景技术

目前的太阳能LED路灯一般采用恒流驱动，控制器不能自动检测蓄电池的容量并根据容量自动调节光照强度，当蓄电池容量足时，路灯能工作正常，容量不足时，路灯停止工作或切换到市电，这种太阳能LED路灯受季节、天气的影响较大，不能满足长时间照明的需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种能够根据蓄电池剩余电量自动调整输出功率的变功率太阳能LED路灯控制器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种变功率太阳能LED路灯控制器，包括系统监测单元，系统监测单元输入端接太阳能电板，输出端接有状态监测单元、电压监测单元、时钟单元和充电控制单元；状态监测单元、电压监测单元和时钟单元接输出保护单元，所述输出保护单元通过功率控制单元接功率输出单元，所述功率输出单元接LED负载。

所述功率控制单元包括脉宽调制器，所述脉宽调制器连接有波形发生器。

所述状态监测模块包括三极管Q3、比较器IC5、比较器IC1和比较器IC2；所述比较器IC1的同向输入端接基准电压U1，反向输入端接太阳能电板正极S+和时钟单元输出端D；所述比较器IC1的输出端并联蓄电池正极B+后连接比较器IC2的同向输入端，反向输入端6接基准电压U2，比较器IC2的输出端接状态监测单元和比较器IC5；比较器IC2的输出端串联二极管D5与蓄电池正极B+串联二极管D4后并联接三极管Q3基极，三极管Q3集电极一路串联电阻R4后接基准电压U1，另一路串联二极管D14后与蓄电池正极B+并联接比较器IC5的同向输入端，三极管Q3发射极接地，比较器IC5的反向输入端接基准电压U2，输出端接输出保护单元。

所述电压监测单元还包括比较器IC8，比较器IC8的同向输入端通过限位电阻接蓄电池正极B+，反向输入端接基准电压U2，比较器IC8的输出端连接输出保护单元。

所述时钟单元包括时钟芯片IC7，时钟芯片IC7连接有定时开关，时钟芯片IC7输出端D连接状态监测单元和功率控制单元。

所述输出保护单元和功率控制单元包括线性锯齿波形发生器IC3、脉宽调制器和比较器IC4，线性锯齿波形发生器IC3接比较器IC4同向输入端，脉宽调制器接比较器IC4反向输入端，比较器IC4输出端通过限流电阻R8接功率输出单元。

所述功率输出单元包括晶体管Q10，晶体管Q10栅极接限流电阻R8，源极接地，漏极接LED负极，LED灯正极串接电阻后接蓄电池正极B+。

所述充电控制单元包括比较器IC6、光电耦合器、三极管Q9和晶体管Q11，所述比较器IC6同向输入端一路通过限位电阻接蓄电池正极B+，另一路通过电阻R37接地，反向输入端接基准电压U2，输出端通过电阻R38接三极管Q9基极，三极管Q9集电极通过电阻R41接基准电压U1，发射极接地，光电耦合器输入侧一端连接三极管Q9集电极，另一端接地，输出侧一端接基准电压U2，另一端接晶体管Q11的栅极，晶体管Q11漏极接地，源极接太阳能电板负极S-。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的控制器能够根据蓄电池的剩余电量，自动调整输出功率，使太阳能LED路灯受季节、天气等因素的影响显著降低，使太阳能LED路灯在有限的电量下能够工作更长的时间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是系统监测单元电路图；

图2是功率控制单元电路图；

图3是状态监测单元电路图；

图4是充电控制单元电路图；

图5是时钟单元电路图；

图6是本实用新型实施例的电源模块电路图；

图7是电压监测单元电路图。

具体实施方式

参照图1至图7，一种变功率太阳能LED路灯控制器，包括系统监测单元，系统监测单元输入端接太阳能电板，输出端接有状态监测单元、电压监测单元、时钟单元和充电控制单元；状态监测单元、电压监测单元和时钟单元接输出保护单元，输出保护单元通过功率控制单元接功率输出单元，功率输出单元接LED负载；太阳能电板正极S+连接蓄电池正极B+，蓄电池连接有电源模块，上述单元均由电源模块12或蓄电池供电。所述功率控制单元包括脉宽调制器和与其相连的线性锯齿波形发生器。

所述状态监测模块包括检测比较器S31、三极管Q3和比较器IC5，检测比较器包括比较器IC1和比较器IC2；比较器IC1的同向输入端接基准电压U1，反向输入端接太阳能电板正极S+和时钟单元输出端D，比较器IC1的输出端并联蓄电池正极B+后连接比较器IC2的同向输入端，反向输入端6接基准电压U2，比较器IC2的输出端接状态监测单元和比较器IC5；比较器IC2的输出端串联二极管D5与蓄电池正极B+串联二极管D4后并联接三极管Q3基极，三极管Q3集电极一路串联电阻R4后接基准电压U1，另一路串联二极管D14后与蓄电池正极B+并联接比较器IC5的同向输入端，三极管Q3发射极接地，比较器IC5的反向输入端接基准电压U2，输出端接输出保护单元。

所述电压监测单元还包括比较器IC8，比较器IC8的同向输入端通过限位电阻接蓄电池正极B+，反向输入端接基准电压U2，比较器IC8的输出端连接输出保护单元。

所述时钟单元包括时钟芯片IC7，时钟芯片IC7连接有定时开关，时钟芯片IC7输出端D连接状态监测单元和功率控制单元。

所述输出保护单元和功率控制单元包括线性锯齿波形发生器IC3、脉宽调制器和比较器IC4，线性锯齿波形发生器IC3接比较器IC4同向输入端，脉宽调制器接比较器IC4反向输入端，比较器IC4输出端通过限流电阻R8接功率输出单元。

所述功率输出单元包括晶体管Q10，晶体管Q10栅极接限流电阻R8，源极接地，漏极接LED负极，LED灯正极串接电阻后接蓄电池正极B+。

所述充电控制单元包括比较器IC6、光电耦合器、三极管Q9和晶体管Q11，比较器IC6同向输入端一路通过限位电阻接蓄电池正极B+，另一路通过电阻R37接地，反向输入端接基准电压U2，输出端通过电阻R38接三极管Q9基极，三极管Q9集电极通过电阻R41接基准电压U1，发射极接地，光电耦合器输入侧一端连接三极管Q9集电极，另一端接地，输出侧一端接基准电压U2，另一端接晶体管Q11的栅极，晶体管Q11漏极接地，源极接太阳能电板 负极S-。

所述脉宽调制器包括三极管Q5，三极管Q5集电极一路接比较器IC4的反向输入端，另一路接基准电压U1，发射极接地，在发射极和集电极之间并联有三极管Q6、三极管Q12和三极管Q13，三极管Q6，三极管Q12和三极管Q13的基极依次连接比较器IC5输出端，比较器IC2输出端和时钟芯片IC7输出端D。

当太阳能电板正极电压S+大于蓄电池正极B+电压时，且蓄电池正极B+电压小于过充保护电压时，比较器IC6的15脚电压小于基准电压U2，输出端脚输出低电平，三极管Q9截止，光电耦合器得电导通，晶体管Q11的栅极高电位，使源极，漏极导通，太阳能板正极S+经过二极管D1、二极管D2、蓄电池正极、蓄电池负极、晶体管Q11漏源极到太阳能板负极S-，对蓄电池充电。当蓄电池电压上升到过冲电压时，比较器IC6的15脚电压大于基准电压U2，17脚输出高电位。三极管Q9导通，光电耦合器没有电流截至，晶体管Q11截止。太阳能板停止对蓄电池充电，蓄电池电压回落到一定时，比较器IC6的15脚电压小于基准电压U2，17脚输出低电位，重复前面的动作，对蓄电也充电。

当太阳能电板正极电压S+大于设定上限值时，比较器IC1的2脚电压大于3脚电压，1脚输出低电压，则比较器IC1的5脚为低电平，7脚输出低电平；三极管Q3因基极为高电压而导通，IC5的10脚则为低电平，8脚输出低电压。7脚、8脚为低电压则三极管Q8截止，三极管Q5导通，IC4的13脚为低电平，11脚输出低电平，晶体管Q10截止，LED灯灭。

当太阳能电板正极电压S+小于设定下限值时，比较器IC1的3脚电压大于2脚电压，则1脚输出高电平，蓄电池正极B+通过电阻R25、电阻R24、电阻R21给比较器IC1的5脚1个分压，当蓄电池正极B+电压高时，5脚电压大于基准电压U2，7脚输出高电平，当蓄电池正极B+电压较低时，5脚电压小于基准电压U2，7脚输出低电平。当比较器IC1的7脚为高电压时，则比较器IC5的8脚输出电瓶为低电平，则三极管Q5截止，基准电压U1通过电阻R9、电阻R12分压给比较器IC4的 13脚，线性锯齿波形发生器IC3输出高频线性锯齿波到比较器IC4的12脚，则比较器IC4的11脚输出宽脉冲方波给晶体管Q10，晶体管Q10处在受控的开关状态，LED灯则在额定功率下工作，当蓄电池容量超过80%以上时，蓄电池正极B+电压接近最高，则比较器IC8的20脚输出高电平，三极管Q12则导通，比较器IC4的13脚电压将下降一些，11脚输宽脉冲将减小一些，以平衡因蓄电池正极B+电压过高造成LED灯在超过额定功率工作的不良后果。

当蓄电池正极B+电压回落到一定电压时，比较器IC8的20脚输出低电平，LED灯将恢复在原工作状态。当设定的时定到时，时钟单元IC7的13脚输出高电平，一路到比较器IC4的2脚，则1脚为低电压，则7脚也为低电压，则三极管Q3截止，比较器IC5的8脚输出高电压，三极管Q6导通，另一路加到三极管Q13的基极，三极管Q13也导通，将使比较器IC4的11脚输出窄脉宽信号经晶体管Q10，使LED灯工作在小功率状态下直到天亮。

当蓄电池容量降到40%时，蓄电池正极B+电压下降，则比较器IC2的7脚为低电压，且设定的时定未到时，则比较器IC5的8脚为高电压，三极管Q6导通，比较器IC4的11脚输出较宽的脉冲信号经晶体管Q10，使LED灯工作在较大功率状态下，当设定时间到时，时钟单元IC7的13脚输出一个高电平给三极管Q13基极，三极管Q13导通，三极管Q6、三极管Q13的导通使得比较器IC的11脚输出窄脉冲给晶体管Q10，使LED由较大功率状态转为在小功率状态下工作。

白天由于光线强，太阳能电板电压高，检测系统检测太阳能电板的电压与各比较器进行比较，当太阳能电板上的电压高于设定关灯电压以上时比较器，第三比较器、比较器IC5都输出低电压信号给状态切换输出异常保护电路，切换器输出低电压信号到脉宽调制器，使其输出低电压给功率输出器，功率输出器关断到LED负载的电流，灯灭。当太阳能板的电压上升超过蓄电池电压时，通过比较器IC6进行比较对蓄电池充电。当蓄电池充满电时，比较器IC6将控制充电控制器停止太阳能电板对蓄电池的充电。

傍晚时由于光线弱，太阳能电板电低，太阳能电板电压降到设定开灯电压以下时，时间控制开始计时工作，时间可以根据设计要求设定，而同时检测系统对第三比较器、比较器IC5输出电压，使第三比较器、比较器IC5对蓄电池电压进行比较，当蓄电池超过60%时，检测比较器输两路高电压，一路输出到比较器IC5对，使比较器IC5对输出低电压，另一路输出到状态切换输出异常保护电路，使脉宽调制器输出宽脉冲信号给功率输出器，功率输出器输出宽脉冲电流给LED灯，使其在额定功率下发光，当蓄电池的容量超过80%以上时，比较器输出一个高电压信号到状态切换输出异常保护电路，使脉宽控制器输出稍窄的脉冲信号给功率输出器，以平衡因蓄电池电压过高造成LED灯超过额定功率工作的不良后果。

当蓄电池的容量下降到70%时，比较器输出低电压使脉调制器恢复到宽脉冲状态，使LED灯在额定功率下工作；当蓄电池的容量还在40%以上时，并且时间控制器设定的时间到了时，时间控制器输出两路高电压，一路到状态切换输出异常保护电路，另一路到检测系统，使第三比较器输出两路低电压，一路到比较器，则比较器输出高电压到状态切换输出异常保护电路。

第三比较器另一路低电压也输出到状态切换输出异常保护电路，状态切换输出异常保护电路收到检测比较器的低电压，比较器和时间控制器的高电压，它使脉宽调制器输出窄脉冲信号给功率输出器，使LED灯在30%额定功率以下工作。当蓄电池的容量下降到40%时，且时间控制器设定的时间控制器设定的时间未到时，第三比较器对比较器及状态切换输出异常保护电路都输出低电压信号，则比较器输出高电压到状态切换输出异常保护电路，使脉宽调制器输出较宽脉冲给功率输出器，则LED灯在半额定功率左右下工作。当时间控制器的时间到了，它有一个高电压信号给状态切换输出异常保护电路，使脉宽调制器输出窄脉冲信号给功率输出器，则LED灯在30%额定功率以下工作。

本实用新型的蓄电池电压为12V，可取基准电压U1为9V，基准电压U2为5V；电池电压为24V，可取基准电压U1为12V，基准电压U2为5V，设定关灯电压取6V，设定开灯电压取4V，以上的电压等级可由电源模块如78L12、78L05供给，锯齿波可由555线性锯齿波形发生器提供，时钟信号可由单片机MAX9489等提供。

本实用新型的控制器能够根据蓄电池的剩余电量，自动调整输出功率，使太阳能LED路灯受季节、天气等因素的影响显著降低，使太阳能LED路灯在有限的电量下能够工作更长的时间。

Claims (8)

1.一种变功率太阳能LED路灯控制器，其特征在于它包括系统监测单元，系统监测单元输入端接太阳能电板，输出端接有状态监测单元、电压监测单元、时钟单元和充电控制单元；状态监测单元、电压监测单元和时钟单元接输出保护单元，所述输出保护单元通过功率控制单元接功率输出单元，所述功率输出单元接LED负载。

2.根据权利要求1所述一种变功率太阳能LED路灯控制器，其特征在于所述功率控制单元包括脉宽调制器，所述脉宽调制器连接有波形发生器。

3.根据权利要求1所述一种变功率太阳能LED路灯控制器，其特征在于所述状态监测模块包括三极管Q3、比较器IC5、比较器IC1和比较器IC2；所述比较器IC1的同向输入端接基准电压U1，反向输入端接太阳能电板正极S+和时钟单元输出端D；所述比较器IC1的输出端并联蓄电池正极B+后连接比较器IC2的同向输入端，反向输入端6接基准电压U2，比较器IC2的输出端接状态监测单元和比较器IC5；比较器IC2的输出端串联二极管D5与蓄电池正极B+串联二极管D4后并联接三极管Q3基极，三极管Q3集电极一路串联电阻R4后接基准电压U1，另一路串联二极管D14后与蓄电池正极B+并联接比较器IC5的同向输入端，三极管Q3发射极接地，比较器IC5的反向输入端接基准电压U2，输出端接输出保护单元。

4.根据权利要求3所述一种变功率太阳能LED路灯控制器，其特征在于所述电压监测单元还包括比较器IC8，比较器IC8的同向输入端通过限位电阻接蓄电池正极B+，反向输入端接基准电压U2，比较器IC8的输出端连接输出保护单元。

5.根据权利要求1所述一种变功率太阳能LED路灯控制器，其特征在于所述时钟单元包括时钟芯片IC7，时钟芯片IC7连接有定时开关，时钟芯片IC7输出端D连接状态监测单元和功率控制单元。

6.根据权利要求2所述一种变功率太阳能LED路灯控制器，其特征在于所述输出保护单元和功率控制单元包括线性锯齿波形发生器IC3、脉宽调制器和比较器IC4，线性锯齿波形发生器IC3接比较器IC4同向输入端，脉宽调制器接比较器IC4反向输入端，比较器IC4输出端通过限流电阻R8接功率输出单元。

7.根据权利要求6所述一种变功率太阳能LED路灯控制器，其特征在于所述功率输出单元包括晶体管Q10，晶体管Q10栅极接限流电阻R8，源极接地，漏极接LED负极，LED灯正极串接电阻后接蓄电池正极B+。

8.根据权利要求1所述一种变功率太阳能LED路灯控制器，其特征在于所述充电控制单元包括比较器IC6、光电耦合器、三极管Q9和晶体管Q11，所述比较器IC6同向输入端一路通过限位电阻接蓄电池正极B+，另一路通过电阻R37接地，反向输入端接基准电压U2，输出端通过电阻R38接三极管Q9基极，三极管Q9集电极通过电阻R41接基准电压U1，发射极接地，光电耦合器输入侧一端连接三极管Q9集电极，另一端接地，输出侧一端接基准电压U2，另一端接晶体管Q11的栅极，晶体管Q11漏极接地，源极接太阳能电板负极S-。