CN203632903U - 一种太阳能路灯控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能路灯控制器，它主要包括太阳能电池板、蓄电池组、负载、MCU电脑主控制器、PWM功率驱动电路、温度传感器、输出保护电路、龟流采样电路等。该控制器是新一代多功能低成本的太阳能电源(路灯)控制器，代表最新光伏技术发展水平，专为小型太阳能独立发电系统设计，自动控制充电和放电过程。控制器的PWM蓄电池充电过程是经过优化的，能够延长蓄电池寿命，改善系统性能。其全面的自测功能和电子保护功能可以避免由于安装错误和系统故障而导致的控制器损坏。主要应用于负载长期需要自动供电或人工手动控制负载开关的系统中。

Description

一种太阳能路灯控制器

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能路灯控制器，具体地说，涉及一种对蓄电池进行充放电控制的智能太阳能路灯控制器。 

背景技术

能源问题是当今世界的重大问题之一，能源既是经济和社会发展的重要物质保障，同时能源消耗又会对环境产生巨大影响，光伏发电是当前利用太阳能的主要方式，光伏发电具有取之不尽且无污染等优点，目前在我国众多应用领域中具有最广泛的发展前景之一。 

目前，市场上有很多太阳能充电控制器，但存在如下问题： 

1、一些使用简单控制电压的充电控制器，当蓄电池电压上升到过充电压时(此时蓄电池并未真正完全充满)，控制器自动断开充电回路，然而由于蓄电池内阻的作用，断开充电回路后，蓄电池的电压会立即下降。而当充电回路接通及断开用电负载后，同样由于蓄电池内阻的原因，蓄电池的电压会立即上升。如此反复，充电控制器极易产生振荡，不但使控制器不能正常工作，而且还容易损坏蓄电池。同时在给蓄电池充电时，大电流会造成能量损失，而且在充电后期会产生大量气体，使蓄电池寿命缩短，但是以小电流充电就需要很长时间，无法做到快速充电，并且充电电流不同，对蓄电池容量的恢复也不同。 

2、现有的简易型太阳能充电控制器在蓄电池充满后，为保护蓄电池，对太阳能电池板的正负极进行短路，这样会造成太阳能电池板阵列的节温过高，容易损坏太阳能电池板，降低太阳能电池板的使用寿命。 

3、一些太阳能充电控制器，在充电回路中，采用串入二极管的方式防止反接和防止夜间蓄电池电流倒灌，在充电时，二极管的导通损耗很大，降低了控 制器的效率。 

本控制器专为太阳能直流供电系统、太阳能直流路灯系统设计，使用了专用的电脑芯片智能化控制。控制器主要用来对蓄电池的充放电进行控制，避免太阳能电池板能量的过度充电及负载运行造成的过度放电。控制器采用一键式轻触开关，完成所有操作及设置。具有超温、短路、过载、独特的防反接保护，充满、过放自动关断、恢复等全功能保护措施，详细的充电指示、蓄电池状态、负载及各种故障指示。本控制器通过电脑芯片对蓄电池的端电压、放电电流、环境温度等涉及蓄电池容量的参数进行采样，通过专用模型计算，实现符合蓄电池特性的充放电控制、温度自动补偿修正充电电压，并采用了高效PWM串联充电模式，保证蓄电池工作在最佳的状态，大大延长蓄电池的使用寿命。具有多种工作模式、输出模式选择，满足用户各种需要。 

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是解决了现有的充电效率不高的缺点，提供了一种高效的脉冲充电方式，电路设计简单，性价比高和系统稳定性好的太阳能路灯控制器。 

本实用新型目的通过以下技术措施实现。 

一种太阳能路灯控制器，用于控制太阳能电池向蓄电池充电并向负载供电，其特征在于：包括太阳能电池板①、输入防雷保护②、太阳能电池板电压采样③、蓄电池电压采样④、PWM功率驱动电路⑤、MCU电脑主控制器⑥、温度传感器⑦、输出保护及功率驱动③、电流传感器⑨、保险丝⑩、蓄电池组

、充电控制回路和放电控制回路； 

太阳能电池板①的正极、蓄电池的正极和负载的正极连在一起，太阳能电池板的正极和负极之间接有瞬态电压抑制二极管TVS②，对控制器进行防雷击保 护或瞬时过压保护； 

太阳能电池板①通过功率管Q1和功率管Q2两个串联连接的MOSFET连接到蓄电池组上，蓄电池组再通过功率管Q3连接输出与外部负载相连； 

太阳能电池板电压采样③、蓄电池电压采样④、温度传感器⑦和电流传感器⑨的信号传送到MCU电脑主控制器⑥进行处理，MCU电脑主控制器⑥处理后对PWM功率驱动电路⑤和输出保护及功率驱动⑧进行控制。 

进一步地，功率管Q1的源极S接在太阳能电池板①的负端，功率管Q1的漏极D与功率管Q2的漏极D相连接，功率管Q2的源极S通过保险丝⑩与蓄电池的负极相连接，蓄电池组

的负极通过保险丝⑩与电流传感器⑨连接，电流传感器⑨与功率管Q3的源极S连接在一起，功率管Q3的漏极D再与输出外部负载的负极相连接，太阳能电池板①的正端与蓄电池的正端和外部输出负载的正端连接在一起。 

进一步地，充电控制回路采用功率管Q1与功率管Q2串联组成的开关控制回路对蓄电池组进行充电，通过功率管Q3与负载相连组成的开关控制蓄电池组的放电回路。 

进一步地，太阳能电池板电压采样③通过电阻分压对太阳能电池板①的电压进行采样，通过精密电阻分压对蓄电池组电压进行采样，通过温度传感器⑦对环境温度和控制器自身温度进行检测，电流传感器⑨对输出的负载电流进行检测。 

进一步地，太阳能电池板电压的检测、蓄电池电压检测和环境温度检测都是通过外接检测电路后与单片机相连接，单片机为ATMEGA88PA。 

进一步地，太阳能路灯控制器中，负载控制包括一个MOSFET功率管和采样 电阻将负载与控制器连接起来，通过采样电阻控制负载短路或过载保护。 

与现有技术相比，本实用新型的显著效益体现在： 

1)采用精密电阻分压对太阳能电池板、蓄电池进行电压采样，电路结构简单，采样结果精确。 

2)用MOSFET功率管串联连接进行充电和防反作用，采用PWM脉冲方式对蓄电池进行充电，使得整个控制器的充电效率得到提高，同时减小开关损耗。 

3)通过温敏电阻对环境温度进行采样，降低了控制器的成本，同时通过采样值来对蓄电池的充电电压进行补偿，提高了蓄电池的使用寿命。 

4)采用了精密电阻作为采样电阻，对放电回路的电流进行采样，从而对负载的过载、短路等故障进行保护，提高控制器的安全性和可靠性。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中： 

图1为本实用新型的结构示意图； 

图2为本实用新型的充电控制电路的原理图； 

图3为本实用新型的放电控制电路的原理图； 

图4为本实用新型的电压采样电路原理图； 

图5为本实用新型的环境温度采样电压原理图； 

图6为本实用新型的PWM功率驱动电路原理图。 

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限 定。 

图1所示实施例一种太阳能路灯控制器由充电控制回路和放电控制回路组成，包括太阳能电池板①、输入防雷保护②、太阳能电池板电压采样、蓄电池电压采样、PWM功率驱动电路、MCU电脑主控制器、温度传感器、输出保护及功率驱动、电流传感器⑨、保险丝⑩、蓄电池组等几个部分组成。 

图2所示实施例一种太阳能路灯控制器充电控制回路由太阳能电池板电压采样③和蓄电池电压采样④分别对太阳能电池板和蓄电池的电压进行采样后传输到MCU电脑主控制器⑥；通过MCU电脑主控制器⑥的运算输出PWM控制信号控制功率管Q1和功率管Q2来对蓄电池进行不同阶段的脉冲式充电方式；功率管Q1和功率管Q2串联连接，其连接方式由图1所示，功率管Q1的源极S接在太阳能电池板①的负端，功率管Q1的漏极D与功率管Q2的漏极D相连接，功率管Q2的源极S通过保险丝⑩与蓄电池的负极相连接；其中功率管Q2主要是防止蓄电池组给太阳能电池板充电，传统的电路用的是二极管防反作用，这里功率管Q2采用MOSFET可以减少电路的功率损耗，提高整机的充电效率。 

图3所示实施例一种太阳能路灯控制器放电控制有三种控制方式，分别是手动模式、定时模式、双时段模式控制蓄电池对负载供电。手动模式是通过控制器的按键设置放电的三种模式，当设置为手动模式时，通过按下按键向MCU电脑主控制器⑥发出信号，MCU电脑主控制器⑥接受到按键信号后再判断此时蓄电池的状态判断是否开通或关断负载，按下一次改变一次负载的状态。定时模式是通过按键设置为定时模式下，其负载开通时间可由用户自己设定，负载开通时间需要通过太阳能电池板电压采样③将太阳能电池板电压采样输入给MCU电脑主控制器⑥，MCU电脑主控制器⑥再根据设定好的电压阈值进行判断，当采样到的太阳能电池板的电压值低于设定的阈值电压时认为是夜晚，此时通 过MCU电脑主控制器⑥输出信号给功率管Q3的门极控制Q3导通，开通负载。双时段模式通过按键设置为双时段模式，通过太阳能电池板电压采样③将太阳能电池板电压采样输入给MCU电脑主控制器⑥，MCU电脑主控制器⑥再根据设定好的电压阈值进行判断，当采样到的太阳能电池板的电压值低于设定的黑夜阈值电压时认为是夜晚到来，此时通过MCU电脑主控制器⑥输出信号给功率管Q3的门极控制Q3导通，开通负载，一段时间后关闭负载，天亮前再开通负载一段时间，当采样到的太阳能电池板的电压值高于设定的天亮阈值电压时认为是白天到来，关闭负载。控制器会自动学习实际的天黑到天亮的持续时间，以适应季节的变化。 

图4所示实施例一种太阳能路灯控制器电压采样电路，图中通过精密电阻分压后采样到单片机的模拟输入通道中，通过图4电路分别得到太阳能电池板的电压和蓄电池组的电压。 

图5所示实施例一种太阳能路灯控制器的温度检测电路，采用温敏电阻作为温度传感器⑦来检测环境温度，根据蓄电池的温度特性，根据不同的环境温度对蓄电池的充电电压进行适当的电压补偿，这样提高了蓄电池的使用寿命，利用此电路简单实用，降低了整个控制器的成本。 

图6所示实施例一种太阳能路灯控制器的PWM功率驱动电路，控制器的驱动电路采用推挽输出方式，使得导通损耗小，输出转换功率提高。 

整个太阳能路灯控制器装置详细工作原理如下： 

当太阳光照射到太阳能电池板上，太阳能电池板吸收光能并将其转换成电能，再通过太阳能路灯控制器给蓄电池充电，将转换的电能存储在蓄电池中，当夜晚时再通过太阳能路灯控制器对负载进行放电，太阳能路灯控制器主要就是对蓄电池的充电和放电进行管理，同时该控制器还具有全面的自测功能和自 动保护措施可以避免由于安装错误和系统故障而导致控制器损坏，控制器具有浪涌、超温、过充、过放、过载、短路保护和独特的防反接等全自动保护措施，以上保护均不损坏任何部件，充分利用能源并且延长蓄电池的使用寿命。 

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种太阳能路灯控制器，用于控制太阳能电池向蓄电池充电并向负载供电，其特征在于：包括太阳能电池板①、输入防雷保护②、太阳能电池板电压采样③、蓄电池电压采样④、PWM功率驱动电路⑤、MCU电脑主控制器⑥、温度传感器⑦、输出保护及功率驱动⑧、电流传感器⑨、保险丝⑩、蓄电池组

、充电控制回路和放电控制回路； 

太阳能电池板①的正极、蓄电池的正极和负载的正极连在一起，太阳能电池板的正极和负极之间接有瞬态电压抑制二极管TVS②，对控制器进行防雷击保护或瞬时过压保护； 

太阳能电池板①通过功率管Q1和功率管Q2两个串联连接的MOSFET连接到蓄电池组上，蓄电池组再通过功率管Q3连接输出与外部负载相连； 

太阳能电池板电压采样③、蓄电池电压采样④、温度传感器⑦和电流传感器⑨的信号传送到MCU电脑主控制器⑥进行处理，MCU电脑主控制器⑥处理后对PWM功率驱动电路⑤和输出保护及功率驱动⑧进行控制。 

2.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯控制器，其特征在于：功率管Q1的源极S接在太阳能电池板①的负端，功率管Q1的漏极D与功率管Q2的漏极D相连接，功率管Q2的源极S通过保险丝⑩与蓄电池的负极相连接，蓄电池组的负极通过保险丝⑩与电流传感器⑨连接，电流传感器⑨与功率管Q3的源极S连接在一起，功率管Q3的漏极D再与输出外部负载的负极相连接，太阳能电池板①的正端与蓄电池的正端和外部输出负载的正端连接在一起。 

3.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯控制器，其特征在于：充电控制回路采用功率管Q1与功率管Q2串联组成的开关控制回路对蓄电池组进行充电，通过功率管Q3与负载相连组成的开关控制蓄电池组的放电回路。 

4.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯控制器，其特征在于：太阳能 电池板电压采样③通过电阻分压对太阳能电池板①的电压进行采样，通过精密电阻分压对蓄电池组电压进行采样，通过温度传感器⑦对环境温度和控制器自身温度进行检测，电流传感器⑨对输出的负载电流进行检测。 

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