CN206759776U - 基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器。本实用新型中：控制器通过电压采样部分分别与风机、太阳能端、蓄电池、负载端实时监测相联；控制器通过电流采样部分与AD采样口相联，控制器通过电压采样部分与AD采样口相联；控制器通过电平匹配/转换电路以及PWM控制信号电路与驱动器相联。本实用新型的同一款控制器可以适用于不同电压参数的LED灯组，降低了照明系统项目配置的复杂性；本实用新型控制器可开设不同通讯接口，方便不同的远程监控联接。

Description

基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器

技术领域

本实用新型属于新能源控制使用装置技术领域，特别是涉及基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器。

背景技术

太阳能是一种可再生的新能源，在人们生活、工作中有广泛的作用，其中之一就是把太阳能转换为电能，太阳能电池就是利用太阳能工作的。而太阳能热电站的工作原理则是利用汇聚的太阳光，把水烧至沸腾变为水蒸气，然后用来发电。太阳能发电可分为太阳光发电和太阳热发电。

风力发电是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度，便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。

而组成风光互补供电照明系统主要有可充电蓄电池和风力发电机以及太阳能和路灯，以及连接这些的充放电控制器。做为这个系统的核心部件，其控制方式的优劣性决定了一个照明系统的可用照明时间以及整个系统的使用寿命。提高充放电效率的同时还要提升照明效率、减小损耗。

随着LED照明技术的进步，越来越多的客户选择LED灯做为照明设备，然而随着客户数量的增多，客户手中所使用的LED灯型号也在增多，一款控制器需要适配多样的LED是很困难的，因为一个LED灯组是由很多颗LED灯珠串联组成的，例如同是60W的有的厂商做的是10串6并，有的厂商做的可能是6串10并。按照常规LED这两盏灯所需要的额定电压分别是33V和19V。对于市面上常规的适应24V蓄电池的LED恒流源控制器无法同时适应这两盏灯。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器，通过采用升降压变换电路与电压电流的采样及输出端的干涉调节，从而既能安全的点亮不同额定电压的LED灯组。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型为基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器，包括控制器，控制器通过电压采样部分分别与风机、太阳能端、蓄电池、负载端实时监测相联；控制器通过电流采样部分与AD采样口相联，控制器通过电压采样部分与AD采样口相联；控制器通过电平匹配/转换电路以及PWM控制信号电路与驱动器相联；控制器内设置MCU控制单元；风机通过整流电路和电容滤波电路与充放电部分相联；太阳能端与蓄电池之间设置PWM调制信号电路；充放电部分通过防反二极管与蓄电池相联；充放电部分与输出端通过电源放电电路相联接；MCU控制单元通过拓扑电路与输出端的负载端相联；MCU控制单元通过PWM驱动信号电路与输出端的USART接口相联。

其中，电流采样部分与AD采样口之间设置保护电路，电流采样部分经分压电路和保护电路与AD采样口相联。

其中，驱动器与BUCK电路相联，BUCK电路内包括降压管单元和续流管单元。

其中，USART接口设置LCD接口和PC端口。

其中，风机装置内的设置PWM卸载电路。

其中，负载端连接两组LED灯组，两组LED灯组分别为高压LED灯组、低压LED灯组。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的同一款控制器可以适用于不同电压参数的LED灯组，降低了照明系统项目配置的复杂性；

2、本实用新型的控制器利用DC-DC变换器使得负载端纹波电压减小，避免LED灯组亮度产生波动；

3、本实用新型的控制器采用LCD显示屏，方便查看控制器工作情况和设置工作参数。

4、本实用新型控制器可开设不同通讯接口，方便不同的远程监控联接；同时控制器负载端具有光控和时控，有关LED灯组型号的设置参数只需要一个功率即可，方便用户配置。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为风机防反的部分电路结构示意图；

图3为太阳能防反的部分电路结构示意图；

图4为卸载防反的部分电路结构示意图；

图5为太阳能驱动的部分电路结构示意图；

图6为负载的部分电路结构示意图；

图7为负载驱动的部分电路结构示意图；

图8为MCU的部分电路结构示意图；

图9为风能电流采样的部分电路结构示意图；

图10为太阳能电流采样的部分电路结构示意图；

图11为输出端电流采样的部分电路结构示意图；

图12为蓄电池端电压采样的部分电路结构示意图；

图13为风能端电压采样的部分电路结构示意图；

图14为太阳能端电压采样的部分电路结构示意图；

图15为输出端电压采样的部分电路结构示意图；

图16为本实用新型的电源部分的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例的一个具体应用为：

如图2-5所示，本实用新型充电部分先对风机进行整流然后采用高性能电解电容滤波减小冲击。经过防反二极管然后充入电池，风机具有PWM卸载电路。在电池快要充满或者检测到风机端电流大于额定电流以后卸载部分开始工作，降低风机转速，同时风机输出功率减小。实现一边卸载一边充电的工作方式。太阳能端采用PWM脉宽调至的方式间歇性充电，减小对蓄电池的冲击，延长蓄电池使用寿命。

如图6-7所示，负载端BUCK-BOOST拓扑电路。对与不同电压的LED灯组，MCU检测输出端电压和电流，同时计算出输出功率再与客户设置的额定功率做比较，MCU内部算法根据比较结果自动自动调节BUCK或者BOOST的工作方式。

如图8所示，本实用新型的系统MCU采用STM32F103C8T6，采用外部8MHZ高精度晶振经过9倍频后产生72MHZ的系统频率。使用外部3.3V做为系统的参考电压，即MCU的第9脚，参考点标记为VDDA，以此来做为运算放大器的基准点。配置为同时采样8组数据，输出4路频率和占空比都不相同的PWM信号做为整个系统的驱动信号，同时启用两组USART口，其中一组给控制器的LCD提供显示内容，另一组用来做为控制器与PC的连接端口。

如图9-11所示，本控制器电流部分采用AD-OP07做为采样芯片，误差小，精度高。电流采样部分对低压的输入信号放大47倍，再经过保护电路D18，D19，D20接入MCU的AD采样口，提高对弱信号的采样能力。

本控制器的驱动芯片U6采用美国IR公司生产的IR2110驱动器。它兼有光耦隔离(体积小)和电磁隔离(速度快)的优点，同时具有高端悬浮自举功能，可以减少驱动电源的数目。MCU输出的PWM控制信号为3.3V脉冲，经过U6的电平匹配和转换后分别驱动BUCK电路的降压管和续流管。使用光耦隔离驱动信号的输入和输出，杜绝高压端串入低压端产生危险。

如图12-15所示，电压采样部分采用1％精度的电阻对蓄电池端、太阳能端、风机端和负载端，进行分压再经过保护电路D22,D23,D24,D25接入MCU的AD采样口。

如图16所示，控制器电源部分采用UC3845做为电源芯片，响应速度快，精度高。隔离变压器产生5组电压，其中2组为隔离电压，用于驱动太阳能充电开关MOS和。减小干扰，提升系统稳定性。

以下为负载端工作原理：

当控制器刚上电启动时，所有充电部分和输出部分暂停工作等待各个输入源稳定。然后程序读取客户设置的负载模式和当前蓄电池电压。再根据模式判断负载端是否需要工作，如果当前不需要工作，那么关闭负载端的Q2，和Q3，负载处于开路状态。继续停止输出。

当负载需要打开时，程序读取客户设置的负载额定功率，首先启动BUCK电路的Q2，逐渐增加导通的占空比，负载端电压渐渐升高。在此过程中MCU持续检测负载端输出电流，当BUCK电路的Q2导通占空比达到100％时负载端还未检测到电流，此时负载端电压与蓄电池端电压相同。那么Q2出去常导通状态，然后BOOST部分的Q3开始工作，导通占空比逐渐增加，此时负载端电压逐渐升高，且高于蓄电池电压，在此过程中MCU持续检测负载端输出电流，如果检测到负载端有电流，同事能够计算出负载端输出功率，再与客户设置的额定功率做比较，如果小于额定功率，继续升压；如果低于额定功率，减小电压。直到输出功率和额定功率相同。

以上为负载端的正常工作情况。

如果在负载端BUCK-BOOST电路工作之前客户没有接入负载，那么整个过程中负载端都无法检测到电流，当时可以检测到电压。当检测到负载端电压达到程序内部限定的最高值开始计时5S，在此5S内仍然没有检测到负载端有电流，程序判定负载端开路，同时关闭Q2和Q3，一分钟后重新工作，循环此过程。

如果在负载端BUCK-BOOST电路工作之前客户没有接入负载，而是在工作的过程中接入负载，那么接入的瞬间MCU检测到负载端有电流，MCU会立即计算输出功率，如果计算结果显示输出功率大于设置的额定功率的一半，那么程序判定为功率过载，此时立即断开Q2和Q3，并与10S后从低压开始重新工作慢慢点亮LED灯组，避免高压烧坏LED灯组。

如果在负载正常使用过程中，LED灯组突然被拆除，由于负载端的突然移除，C1上的电压势必升高，MCU及时检测到电压升高，随即关闭Q2和Q3，保护控制器，并于1分钟后重新开始工作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器，包括控制器，其特征在于：

所述控制器通过电压采样部分分别与风机、太阳能端、蓄电池、负载端实时监测相联；

所述控制器通过电流采样部分与AD采样口相联，所述控制器通过电压采样部分与AD采样口相联；

所述控制器通过电平匹配/转换电路以及PWM控制信号电路与驱动器相联；

所述控制器内设置MCU控制单元；

所述风机通过整流电路和电容滤波电路与充放电部分相联；

所述太阳能端与蓄电池之间设置PWM调制信号电路；

所述充放电部分通过防反二极管与蓄电池相联；

所述充放电部分与输出端通过电源放电电路相联接；

所述MCU控制单元通过拓扑电路与输出端的负载端相联；

所述MCU控制单元通过PWM驱动信号电路与输出端的USART接口相联。

2.根据权利要求1所述的基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器，其特征在于，所述电流采样部分与AD采样口之间设置保护电路，所述电流采样部分经分压电路和保护电路与AD采样口相联。

3.根据权利要求1所述的基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器，其特征在于，所述驱动器与BUCK电路相联，所述BUCK电路内包括降压管单元和续流管单元。

4.根据权利要求1所述的基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器，其特征在于，所述USART接口设置LCD接口和PC端口。

5.根据权利要求1所述的基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器，其特征在于，所述风机装置内的设置PWM卸载电路。

6.根据权利要求1所述的基于电压变换的恒流且功率可调式风光互补充放电控制器，其特征在于，所述负载端连接两组LED灯组，所述两组LED灯组分别为高压LED灯组、低压LED灯组。