專利名稱：一種用于led公共照明系統(tǒng)的光伏發(fā)電控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于LED公共照明系統(tǒng)的光伏發(fā)電控制器(-)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及太陽能發(fā)電技術(shù)，具體說就是一種用于LED公共照明系統(tǒng)的光 伏發(fā)電控制器。背景技術(shù)：
[0002]目前，現(xiàn)有的光伏發(fā)電由于太陽能電池受光照的影響，輸出電壓的變化范圍較 大，常用的供電方式有采用降壓(buck)和升壓(boost)的控制方式實(shí)現(xiàn)輸出恒壓或者恒流 控制，但以上兩種方式控制方式單一、對光伏電池的寬范圍變化適應(yīng)能力差。而SEPIC 工作方式，具有降壓(buck)和升壓(boost)兩種方式的特點(diǎn)，具有適應(yīng)能力強(qiáng)，可以適 合于光伏電池輸出電壓的寬范圍變化。常規(guī)LED公共照明通常采用簡單的輸出恒電壓控 制，LED發(fā)光不穩(wěn)定；而采用恒流控制方式，則可以大大提高LED發(fā)光的穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)光伏電池最大效率輸出的用于LED公共照 明系統(tǒng)的光伏發(fā)電控制器。[0004]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它是由DC-DC單元、無極卸荷單元、LED恒 流控制單元組成的，DC-DC單元連接無極卸荷單元，無極卸荷單元連接LED恒流控制單兀。[0005]本實(shí)用新型還有以下技術(shù)特征[0006](I)DC-DC單元包括太陽能電池板、SEPIC DC-DC變換電路、第一電路調(diào)理電 路、第一自舉驅(qū)動電路、輸出電壓檢測電路、單片機(jī)和第二電流調(diào)理電路，太陽能電池 板連接SEPIC DC-DC變換電路，SEPIC DODC變換電路分別連接第一電路調(diào)理電路、 第一自舉驅(qū)動電路和輸出電壓檢測電路，單片機(jī)分別連接第一電路調(diào)理電路、第一自舉 驅(qū)動電路、輸出電壓檢測電路和第二電流調(diào)理電路。[0007](2)無極卸荷單元包括蓄電池和PWM無極卸荷電路，蓄電池連接PWM無極卸 荷電路。[0008](3) LED恒流控制單元包括LED電路、電感、功率開關(guān)電路、第二自舉驅(qū)動電 路、恒流斬波控制電路和低通濾波電路，LED電路連接電感，電感連接功率開關(guān)電路， 功率開關(guān)電路分別連接第二自舉驅(qū)動電路和恒流斬波控制電路，恒流斬波控制電路分別 連接低通濾波電路和第二自舉驅(qū)動電路。[0009]本實(shí)用新型一種用于LED公共照明系統(tǒng)的光伏發(fā)電控制器，具有以下特點(diǎn)光 伏電池輸出的變化的直流電經(jīng)SEPIC DC-DC變換電路給蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)光伏電池的最 大效率輸出，采用恒流斬波控制電路驅(qū)動LED，以保證LED相對光通量的穩(wěn)定性，采集 蓄電池電壓，以實(shí)現(xiàn)蓄電池過、欠壓等保護(hù)功能，通過電流采樣電阻采集LED的負(fù)載電 流，實(shí)現(xiàn)過載的軟件保護(hù)和過流的硬件保護(hù)，提高LED發(fā)光的穩(wěn)定性。

[0010]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)方框圖；[0011]圖2為本實(shí)用新型的SEPIC DC-DC變換電路；[0012]圖3為本實(shí)用新型的自舉驅(qū)動電路；[0013]圖4為本實(shí)用新型的輸出電壓檢測電路；[0014]圖5為本實(shí)用新型的PIC18F2331單片機(jī)主控單元；[0015]圖6為本實(shí)用新型的PWM無級卸荷電路；[0016]圖7為本實(shí)用新型的LED電流恒流斬波控制單元；[0017]圖8為本實(shí)用新型的第二自舉驅(qū)動電路。
具體實(shí)施方式
[0018]
以下結(jié)合附圖舉例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。[0019]實(shí)施例1:結(jié)合圖1，本實(shí)用新型一種用于LED公共照明系統(tǒng)的光伏發(fā)電控 制器，它是由DC-DC單元(1)、無極卸荷單元O)、LED恒流控制單元(3)組成的， DC-DC單元⑴連接無極卸荷單元(2)，無極卸荷單元(2)連接LED恒流控制單元(3)。[0020]本實(shí)用新型還有以下技術(shù)特征[0021]所述的DC-DC單元(1)包括太陽能電池板⑷、SEPIC DODC變換電路(5)、 第一電路調(diào)理電路(6)、第一自舉驅(qū)動電路(7)、輸出電壓檢測電路(8)、單片機(jī)(9)和 第二電流調(diào)理電路(10)，太陽能電池板⑷連接SEPIC DC-DC變換電路(5)，SEPIC DC-DC變換電路(5)分別連接第一電路調(diào)理電路(6)、第一自舉驅(qū)動電路(7)和輸出電壓 檢測電路(8)，單片機(jī)(9)分別連接第一電路調(diào)理電路(6)、第一自舉驅(qū)動電路(7)、輸出 電壓檢測電路(8)和第二電流調(diào)理電路(10)。[0022]所述的無極卸荷單元(2)包括蓄電池(11)和PWM無極卸荷電路(12)，蓄電池 (11)連接PWM無極卸荷電路(12)。[0023]所述的LED恒流控制單元(3)包括LED電路(13)、電感(14)、功率開關(guān)電路 (15)、第二自舉驅(qū)動電路(16)、恒流斬波控制電路(17)和低通濾波電路(18)，LED電 路(13)連接電感(14)，電感(14)連接功率開關(guān)電路(15)，功率開關(guān)電路(15)分別連接 第二自舉驅(qū)動電路(16)和恒流斬波控制電路(17)，恒流斬波控制電路(17)分別連接低通 濾波電路(18)和第二自舉驅(qū)動電路(16)。[0024]實(shí)施例2 結(jié)合圖2-圖8，本實(shí)用新型包括單相SEPIC DODC變換電路、蓄電 池脈沖寬度調(diào)制(PWM)無級卸荷電路、LED恒流控制電路及相應(yīng)的系統(tǒng)軟件，工作原理 如下[0025]1.DC-DC 變換單元[0026]采用單片機(jī)PIC18F2331和具有升降壓功能的SEPIC DODC變換電路為核心構(gòu) 成，單片機(jī)經(jīng)過第一電流調(diào)理電路實(shí)時檢測蓄電池的充電電流，采用軟件并將檢測到電 流與給定電流進(jìn)行比較，通過數(shù)字PI調(diào)節(jié)器輸出具有一定占空比的PWM1，經(jīng)過第一自 舉電路驅(qū)動SEPIC DC-DC變換電路的功率開關(guān)管。當(dāng)充電電流小時，增大功率開關(guān)管 的導(dǎo)通時間，使SEPIC DC-DC變換電路的輸出電壓增高，提高蓄電池的充電電流；反 之，當(dāng)充電電流增大時，通過PI調(diào)節(jié)，輸出的PWMl的占空比減小，減小蓄電池的充電電流，由此實(shí)現(xiàn)了蓄電池恒流充電的功能。[0027](1) SEPIC DC-DC 變換電路[0028]圖2為SEPIC DC-DC變換電路，其中輸出、輸入電壓的關(guān)系為Vout/Vin = D/ (I-D)，其中D為占空比。可見，SEPIC DC-DC變換電路的輸出電壓既可以大于輸出電 壓，也可以小于輸入電壓，可以滿足光伏電池的輸出電壓變化范圍寬的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn) 最大效率輸出。[0029](2)自舉驅(qū)動電路[0030]圖3為自舉驅(qū)動電路。自舉驅(qū)動電路采用IR公司的IR2110集成功率驅(qū)動芯片 實(shí)現(xiàn)，該芯片采用了高度集成的電平轉(zhuǎn)換技術(shù)，大大簡化了邏輯電路對功率器件的控制 要求，同時提高了控制電路的可靠性。尤其是采用自舉驅(qū)動技術(shù)，使得驅(qū)動電路較其它 IC驅(qū)動大大減少，在工程上大大減少了控制變壓器體積和電源數(shù)目，降低了產(chǎn)品成本。 圖3中的12腳LIN的控制信號來自PIC單片機(jī)PIC18F2331的PWMl輸出，經(jīng)過IR2110 功放后驅(qū)動圖2的SEPIC DC-DC變換電路的功率開關(guān)器件VT1，實(shí)現(xiàn)光伏電池最大效率 輸出。[0031](3)輸出電壓檢測[0032]輸出電壓檢測電路如圖4所示，采用電阻R20、R21分壓將SEPICDC-DC輸出 電壓進(jìn)行電阻分壓為0 4V，并由PIC18F2331的ANl實(shí)現(xiàn)輸出電壓采樣。[0033](4)PIC18F2331單片機(jī)主控單元[0034]PIC18F2331單片機(jī)主控單元如圖5所示，其中R18、R19、R17和ElO為蓄電池 電壓的檢測電路，由單片機(jī)PIC18F2331的ANO 口進(jìn)行檢測，經(jīng)過分壓處理后的采樣電壓 為0 4V ·’圖中的PWMl為具有一定占空比的PWM信號，實(shí)現(xiàn)蓄電池的恒流充電；圖 5中的PWM2為具有一定占空比的PWM輸出信號，經(jīng)過低通濾波處理(實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換功 能)后，得到一模擬電壓，此電壓輸出給TL494，作為LED輸出電流的給定，從而實(shí)現(xiàn) LED的恒流控制；此外，裝置還具有參量設(shè)定、參量顯示的功能，圖中的RBO、RBU RC7為參量設(shè)定管腳，用來實(shí)現(xiàn)功能設(shè)定、力卩、減等功能；圖中的RB4、RC5、RC4、 RC3為液晶顯示控制管腳，用來進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和參量顯示；電流采樣電路1采用 電流霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)，如圖5所示，電流采樣電路1為蓄電池充電電流檢測單元，通過閉 環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)蓄電池恒流充電功能；電流采樣電路2采用電流霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)，如圖5所 示，電流采樣電路2為LED工作電流檢測單元，通過電流閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)LED恒流控制 功能，其中加入電感L的目的是為了改變負(fù)載的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)電流平波(即平波電抗器)的 目的。[0035]2.無級卸荷單元[0036]圖6為脈沖寬度調(diào)制(PWM)無級卸荷電路。脈沖寬度調(diào)制(PWM)無級卸荷控 制是指當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到一定值時，IC8的10腳電壓與9腳給定進(jìn)行比較，當(dāng)電池電 壓增加使IC8的10腳電壓大于9腳給定時，IC8的8腳輸出為高電平，使功率器件絕緣 柵型場效應(yīng)管MOSFET導(dǎo)通，此時多于的電能完全加到卸荷電阻上，從而有效地保護(hù)了 蓄電池和控制系統(tǒng)。[0037]3.LED電流恒流控制[0038](I)LED電流恒流斬波控制單元[0039]圖7為LED電流恒流斬波控制單元。本驅(qū)動器的電流調(diào)節(jié)單元采用它激式PWM 工作方式控制LED的供電電流，由專用脈寬調(diào)制芯片TL494實(shí)現(xiàn)，其特點(diǎn)如下(1)斬 波頻率固定，減小開關(guān)噪聲；(2)采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)方法；(3)輸出PWM波的占空比可 從0%到100%。調(diào)節(jié)原理是將來自單片機(jī)PIC18F2331 口輸出的PWM2信號經(jīng)過低通濾 波處理后作為恒流斬波控制單元的電流給定Ug，與電流反饋Uf經(jīng)PI調(diào)節(jié)后在TL494內(nèi) 部產(chǎn)生一個模擬信號，此信號與一個頻率固定的三角載波相比較產(chǎn)生PWM控制信號，控 制LED功率電路開關(guān)管的通斷時間來調(diào)節(jié)LED導(dǎo)通電流。其中R19、Cll芯片內(nèi)部的 振蕩器產(chǎn)生頻率為15kHz的載波信號。R22、R21構(gòu)成分壓電路，產(chǎn)生一個-0.4V的電平 以消除死區(qū)控制，使輸出PWM波的占空比達(dá)到100%。Uf為經(jīng)精密全波整流、低通濾 波處理后的電流反饋信號，經(jīng)R16、C9濾波后輸入+INl腳，Ug為由正弦波細(xì)分運(yùn)行分 配器產(chǎn)生的正弦階梯波給定信號，輸入到-INl腳。R8、R9、RIO、R17、C8構(gòu)成電流 PI調(diào)節(jié)器。該P(yáng)I調(diào)節(jié)器的輸出與三角波進(jìn)行比較后產(chǎn)生PWM斬波信號，由8腳輸出。 由于輸出端采用集電極開路輸出方式，因此需加上拉電阻R18。[0040](2)第二自舉驅(qū)動電路[0041 ] 圖8為第二自舉驅(qū)動電路。圖8中的12腳LIN的控制信號來自TL494的PWM 控制信號的輸出，經(jīng)過IR2110功放后驅(qū)動圖8中的LED功率變換電路的開關(guān)管VT2，實(shí) 現(xiàn)LED的恒電流輸出控制。
權(quán)利要求1. 一種用于LED公共照明系統(tǒng)的光伏發(fā)電控制器，它是由DC-DC單元(1)、無極卸 荷單元O)、LED恒流控制單元(3)組成的，其特征在于DC-DC單元⑴連接無極卸 荷單元⑵，無極卸荷單元⑵連接LED恒流控制單元(3)；所述的DC-DC單元(1)包括太陽能電池板G)、SEPIC DC-DC變換電路(5)、第一 電路調(diào)理電路(6)、第一自舉驅(qū)動電路(7)、輸出電壓檢測電路(8)、單片機(jī)(9)和第二電 流調(diào)理電路(10)，太陽能電池板⑷連接SEPIC DC-DC變換電路(5)，SEPIC DODC變 換電路(5)分別連接第一電路調(diào)理電路(6)、第一自舉驅(qū)動電路(7)和輸出電壓檢測電路 (8)，單片機(jī)(9)分別連接第一電路調(diào)理電路(6)、第一自舉驅(qū)動電路(7)、輸出電壓檢測 電路⑶和第二電流調(diào)理電路(10)；所述的無極卸荷單元⑵包括蓄電池(11)和PWM無極卸荷電路(12)，蓄電池(11) 連接PWM無極卸荷電路(12)；所述的LED恒流控制單元(3)包括LED電路(13)、電感(14)、功率開關(guān)電路(15)、 第二自舉驅(qū)動電路(16)、恒流斬波控制電路(17)和低通濾波電路(18)，LED電路(13) 連接電感(14)，電感(14)連接功率開關(guān)電路(15)，功率開關(guān)電路(15)分別連接第二自 舉驅(qū)動電路(16)和恒流斬波控制電路(17)，恒流斬波控制電路(17)分別連接低通濾波電 路(18)和第二自舉驅(qū)動電路(16)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種實(shí)現(xiàn)光伏電池最大效率輸出的用于LED公共照明系統(tǒng)的光伏發(fā)電控制器。它是由DC-DC單元、無極卸荷單元、LED恒流控制單元組成的，DC-DC單元連接無極卸荷單元，無極卸荷單元連接LED恒流控制單元。本實(shí)用新型一種用于LED公共照明系統(tǒng)的光伏發(fā)電控制器，具有以下特點(diǎn)光伏電池輸出的變化的直流電經(jīng)SEPIC DC-DC變換電路給蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大效率輸出，采用恒流斬波控制電路驅(qū)動LED，以保證LED相對光通量的穩(wěn)定性，采集蓄電池電壓，以實(shí)現(xiàn)蓄電池過、欠壓等保護(hù)功能，通過電流采樣電阻采集LED的負(fù)載電流，實(shí)現(xiàn)過載的軟件保護(hù)和過流的硬件保護(hù)，提高LED發(fā)光的穩(wěn)定性。
文檔編號H05B37/02GK201813582SQ201020507118
公開日2011年4月27日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者賈新楠, 高晗瓔 申請人:哈爾濱通士達(dá)照明有限公司