專利名稱：一種太陽能led照明系統(tǒng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能LED照明系統(tǒng)充電和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能 LED照明系統(tǒng)控制裝置。
背景技術(shù)：
太陽能是一種巨大、無盡、清潔的綠色能源，半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)也是一種環(huán)保、節(jié)能、高效的固態(tài)電光源。將太陽能技術(shù)和LED技術(shù)相結(jié)合在一起，開發(fā)太陽能半導(dǎo)體照明，是最佳的節(jié)能、環(huán)保組合，是新一代能源和新一代光源的完美結(jié)合。太陽能LED照明系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、LED照明設(shè)備、充電電路、LED驅(qū)動(dòng)電路、控制器組成。太陽能電池板是整個(gè)系統(tǒng)最昂貴的部件，為有效利用太陽能，需要對系統(tǒng)進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤； 蓄電池是整個(gè)系統(tǒng)最脆弱的部件，為延長蓄電池的使用壽命，需要根據(jù)蓄電池特性對蓄電池進(jìn)行充電和放電；蓄電池輸出需要采用的一定驅(qū)動(dòng)電路才能保證LED照明設(shè)備可靠穩(wěn)定地工作；以上所有控制功能均由控制器實(shí)現(xiàn)。常規(guī)的太陽能LED照明系統(tǒng)DC-DC變換電路和LED恒流驅(qū)動(dòng)電路為兩套相對獨(dú)立的電路結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低和效率不高等缺點(diǎn)。分析電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可知兩部分電路原理和結(jié)構(gòu)十分相似，同時(shí)太陽能LED照明系統(tǒng)充電和放電不會(huì)同時(shí)進(jìn)行，若將雙向變換器引入系統(tǒng)，可簡化電路結(jié)構(gòu)，改善系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)效率。便若采用單一升壓或是降壓功能的雙向變換器，會(huì)降低系統(tǒng)的適用范圍及靈活性，特別是在輻照度減弱或是蓄電池電能降低的情況下，不能很好地滿足LED照明電路的工作要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種基于kta/S印ic 雙向變換器的太陽能LED照明系統(tǒng)控制裝置，采用三段式充電控制算法對蓄電池進(jìn)行充電，選擇恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載工作。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種太陽能LED照明系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，其包括太陽能電池板，LED照明負(fù)載，雙向變換器，控制器，蓄電池。所述太陽能電池板和所述LED照明負(fù)載經(jīng)切換開關(guān)與所述雙向變換器相連，所述雙向變換器與所述蓄電池相連。該裝置利用雙向變換器進(jìn)行蓄電充電和LED驅(qū)動(dòng)，采用三段式充電算法進(jìn)行蓄電池充電控制，選擇恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)LED 負(fù)載工作。優(yōu)選的，所述雙向變換器為kta/Sepic雙向變換電路，在有光照時(shí)系統(tǒng)將太陽能電池轉(zhuǎn)換的電能通過kta變換器儲存在蓄電池中；在夜晚照明時(shí)系統(tǒng)將蓄電池的電能通過S印ic變換器給LED負(fù)載供電。優(yōu)選的，所述充電控制為三段式充電算法，即當(dāng)蓄電池端電壓小于其最大電壓上限 (U < UM)，此時(shí)實(shí)施最大功率充電；當(dāng)檢測U = Um時(shí)，如果此時(shí)的充電電流大于閾值電流Ie (I > I山則對蓄電池進(jìn)行恒壓充電；若I < Ie，則轉(zhuǎn)換為浮充充電。
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優(yōu)選的，所述最大功率充電算法選擇電導(dǎo)增量法。優(yōu)選的，所述恒流驅(qū)動(dòng)為采用S印ic變換器為主電路，以高亮LED驅(qū)動(dòng)芯片HV9930 為控制芯片的LED恒流驅(qū)動(dòng)電路。 優(yōu)選的，所述控制器為單片機(jī)芯片。上述技術(shù)方案有如下有益效果該方案充放電電路采用雙向kta/Sepic變換器， 一機(jī)雙用，通過控制器可在太陽能電池和LED負(fù)載間靈活地切換。在充電模式下，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到太陽能電池，將電能通過雙向變換器向蓄電池充電；在放電模式下，轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到LED照明負(fù)載，蓄電池電能通過雙向變換器向負(fù)載供電。采用三段式充電控制既實(shí)現(xiàn)了太陽能的有效利用又延長了蓄電池的使用壽命；采用恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)保證了 LED的可靠工作。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可以依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例雙向變換器應(yīng)用電路。圖3為本發(fā)明實(shí)施例充電工作模式等效電路。圖4為本發(fā)明實(shí)施例放電工作模式等效電路。圖5為本發(fā)明實(shí)施例蓄電池充電控制流程圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例電導(dǎo)增量法流程圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例LED負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)介紹。如圖1所示，本發(fā)明一種太陽能LED照明系統(tǒng)控制裝置包括1太陽能電池板， 2LED照明負(fù)載，3雙向變換器，4控制器，5蓄電池。太陽能電池板和LED照明負(fù)載經(jīng)切換開關(guān)與雙向變換器相連，雙向變換器與蓄電池相連。充放電電路采用雙向kta/Sepic變換器，一機(jī)雙用，通過控制器可在太陽能電池和LED負(fù)載間靈活地切換。在充電模式下，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到太陽能電池，將電能通過雙向變換器向蓄電池充電，變換器主要完成光伏發(fā)電MPPT控制及蓄電池充電管理；在放電模式下，轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到LED照明負(fù)載，蓄電池電能通過雙向變換器向負(fù)載供電，變換器主要完成放電管理和LED恒流驅(qū)動(dòng)。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例充放電復(fù)用kta/S印ic雙向變換器，其由繼電器開關(guān) Si、S2，功率開關(guān)管Ql、Q2，電感Li、L2及電容Cl組成。在不增加電力電子器件的情況下， 通過增加S1、S2，使電路結(jié)構(gòu)更適合于太陽能LED照明系統(tǒng)。Sl主要完成太陽能電池與LED 照明負(fù)載間的切換控制；S2主要起隔離保護(hù)作用，當(dāng)主電路故障或蓄電池異常時(shí)，快速切斷蓄電池與主電路的連接，增加了系統(tǒng)的可靠性及靈活性。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例在充電工作模式，切換控制開關(guān)連接太陽能電池電源， 太陽能電池通過充電通道向蓄電池充電，其電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是kta變換器。若電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，主開關(guān)管Ql導(dǎo)通時(shí)，太陽能電池經(jīng)Dl向Ll儲能，同時(shí)通過C1、L2向蓄電池供電；Ql關(guān)斷時(shí)，Ll通過D3向Cl充電，同時(shí)L2向蓄電池供電。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例在放電工作模式下，切換控制開關(guān)連接LED照明負(fù)載， 蓄電池通過kpic變換器向LED負(fù)載供電。電路工作于電流連流模式(CMM)下，主開關(guān)管 Q2導(dǎo)通時(shí)，蓄電池向L2儲能，Cl、Ll回路導(dǎo)通，C2向LED負(fù)載供電；Q2關(guān)斷時(shí)，蓄電池經(jīng) L2、C1和D2后向LED負(fù)載供電，同時(shí)L2、Cl、Ll回路導(dǎo)通。如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例采用三段式充電算法對蓄電池充電。對于太陽能LED照明系統(tǒng)來說，晚上蓄電池對LED照明負(fù)載供電，并且控制電路始終由蓄電池供電，因而當(dāng)檢測到太陽電池滿足供電條件，DC-DC轉(zhuǎn)換電路開始工作時(shí)，蓄電池總為非滿狀態(tài)，此時(shí)蓄電池的端電壓小于蓄電池的最大電壓上限W(U<U，此時(shí)實(shí)施最大功率充電(MPPT)；當(dāng)檢測 U = W時(shí)，如果此時(shí)的充電電流大于閾值電流IC(I > Ic)，則對蓄電池進(jìn)行恒壓充電(CV)； 若I < Ie，則轉(zhuǎn)換為浮充充電(VF)?？傊?，采用何種充電方式是由蓄電池的充電條件和當(dāng)前的狀態(tài)決定的。上述充電算法既實(shí)現(xiàn)了太陽能的有效利用又延長了蓄電池的使用壽命。如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例最大功率(MPPT)算法采用了電導(dǎo)增量法，電導(dǎo)增量法是通過比較輸出電導(dǎo)的變化量和瞬時(shí)電導(dǎo)的大小來決定參考電壓變化的方向。圖中Un、In 為本次采樣值，Un_” Ilri為上一次采樣值，dU = 0、dl = 0條件在實(shí)際使用中經(jīng)常用一個(gè)小的閾值來代替為0的條件。如圖7所示，本發(fā)明實(shí)施例采用恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)保證LED照明負(fù)載可靠穩(wěn)定的工作。 由于LED特性曲線的非線性和對溫度的敏感性，必須用恒流源為其供電，基于Sepic變換器采用電流閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)LED照明負(fù)載的恒流驅(qū)動(dòng)。HV9930是一款變頻PWM控制芯片，該芯片使用滯回電流模式控制，在無需復(fù)雜輔助回路條件下能夠產(chǎn)生快速的瞬間響應(yīng)，特別適合鉛酸蓄電池供電的LED驅(qū)動(dòng)控制。本發(fā)明采用Sepic變換器為主電路，以高亮LED驅(qū)動(dòng)芯片HV9930為控制芯片構(gòu)建的LED恒流驅(qū)動(dòng)電路。本發(fā)明實(shí)施例的控制器為單片機(jī)控制系統(tǒng)，芯片選擇ATMEGA16。為使單片機(jī)工作， 需要建立單片機(jī)最小系統(tǒng)。為實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)各主要部件工作狀態(tài)，控制器需要和太陽能電池板、LED照明負(fù)載、蓄電池連接以便接收其檢測電路送來的數(shù)據(jù)。為能夠完成系統(tǒng)控制功能，控制器需要和雙向變換器相連以提供PWM控制信號。以上對本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種太陽能LED照明系統(tǒng)控制裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對發(fā)明的限制，凡依本發(fā)明設(shè)計(jì)思想所做的任何改變都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能LED照明系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，其包括太陽能電池板，LED照明負(fù)載，雙向變換器，控制器，蓄電池；所述太陽能電池板和所述LED照明負(fù)載經(jīng)切換開關(guān)與所述雙向變換器相連，所述雙向變換器與所述蓄電池相連；該裝置利用雙向變換器進(jìn)行蓄電充電和LED驅(qū)動(dòng)，采用三段式充電算法進(jìn)行蓄電池充電控制，選擇恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)LED 負(fù)載工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能LED照明系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，所述雙向變換器為kta/S印ic雙向變換電路，在有光照時(shí)系統(tǒng)將太陽能電池轉(zhuǎn)換的電能通過kta變換器儲存在蓄電池中；在夜晚照明時(shí)系統(tǒng)將蓄電池的電能通過Sepic變換器給LED負(fù)載供 H1^ ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能LED照明系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，所述充電控制為三段式充電算法，即當(dāng)蓄電池端電壓小于其最大電壓上限Um (U < Um)，此時(shí)實(shí)施最大功率充電；當(dāng)檢測U = W時(shí)，如果此時(shí)的充電電流大于閾值電流IC(I > I山則對蓄電池進(jìn)行恒壓充電；若I < Ie，則轉(zhuǎn)換為浮充充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種太陽能LED照明系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，所述最大功率充電算法為電導(dǎo)增量法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能LED照明系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，所述恒流驅(qū)動(dòng)為采用S印ic變換器為主電路，以高亮LED驅(qū)動(dòng)芯片HV9930為控制芯片的LED恒流驅(qū)動(dòng)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能LED照明系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，所述控制器為單片機(jī)芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能LED照明系統(tǒng)控制裝置，其包括太陽能電池板，LED照明負(fù)載，雙向變換器，控制器，蓄電池。所述太陽能電池板和所述LED照明負(fù)載經(jīng)切換開關(guān)與所述雙向變換器相連，所述雙向變換器與所述蓄電池相連。本發(fā)明利用Zeta/Sepic雙向變換器進(jìn)行蓄電充電和LED驅(qū)動(dòng)，有利于減小電路體積和節(jié)約系統(tǒng)成本；采用三段式充電控制既實(shí)現(xiàn)了太陽能的有效利用又延長了蓄電池的使用壽命；采用恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)保證了LED的可靠工作。
文檔編號H05B37/02GK102548154SQ20121002546
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者黃克亞 申請人:黃克亞