CN210609816U - 一种太阳能路灯负载短路保护电路及太阳能路灯系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种太阳能路灯负载短路保护电路和太阳能路灯系统，包括状态控制电路、电流采集电路和负载驱动电路；所述状态控制电路的控制端与信号输出端电连接以接收所述信号输出端输出的状态信号，所述状态控制电路还与所述电流采集电路的输入端电连接，所述电流采集电路分别与所述负载驱动电路和负载电连接，所述负载驱动电路与所述负载电连接。本实用新型的太阳能路灯负载短路保护电路，一方面可以保证蓄电池对负载的正常供电，充分利用太阳能；另一方面可以在负载发生短路现象时，有效采集短路时的电流，无需设计专门的芯片和软件保护方案来及时关闭负载所在的通路，对整个太阳能路灯系统进行短路保护，设计简单、成本低、效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及新能源应用技术领域，特别涉及一种太阳能路灯负载短路保护电路及太阳能路灯系统。
背景技术
随着社会经济的快速发展以及人类环保意识的增强，人类对新型清洁能源的需求与日俱增。太阳能因其清洁环保而得到了广泛的应用，其中应用较为广泛的是太阳能路灯。白天，太阳能路灯的太阳能电池板利用太阳光发电，并将电能存储在蓄电池内；晚上，蓄电池对灯管放电，实现照明的目的。太阳能路灯具有节能、环保、安装灵活、维护成本低等优点，符合绿色环保理念，因此在世界的很多地方得到了大规模的应用。
市场上大多数太阳能路灯采用LED灯作为照明负载，由于使用环境以及制造工艺等问题，长时间使用过程中难免会出现负载短路的问题。一旦出现负载短路，将会导致太阳能路灯烧毁甚至导致其他灾害。目前市场上的太阳能路灯大多采用专用芯片控制或者软件保护的办法实现负载短路保护，例如，将负载输出端串联一个1～5MΩ的大功率电阻，利用单片机检测该电阻两端的电压，当超过一定的阈值时则认为负载短路，同时关断负载输出端的输出，避免长时间短路。然而专用芯片设计较为复杂且成本高，软件保护由于延时等原因容易出现保护不及时，导致太阳能路灯烧毁等问题。
实用新型内容
本实用新型提供了一种太阳能路灯负载短路保护电路及太阳能路灯系统，当负载出现短路现象时，无需设计专门的芯片和软件保护方案来及时关闭负载端所在的通路，对整个太阳能路灯系统进行短路保护，以解决现有太阳能路灯负载短路保护电路中设计复杂、成本高、保护不及时等问题。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种太阳能路灯负载短路保护电路，包括状态控制电路、电流采集电路和负载驱动电路；
所述状态控制电路的控制端与信号输出端电连接以接收所述信号输出端输出的状态信号，所述状态控制电路还与所述电流采集电路的输入端电连接，所述电流采集电路分别与所述负载驱动电路和负载电连接，所述负载驱动电路与所述负载电连接。
本实用新型的有益效果是：太阳能路灯系统中包括太阳能电池板、蓄电池和LED路灯组成，白天时，太阳能路灯的太阳能电池板利用太阳光发电，并将电能存储在蓄电池内，晚上，蓄电池对LED路灯放电，实现照明的目的；由于状态控制电路的控制端与信号输出端电连接，因此可以获取整个太阳能路灯负载短路保护电路的状态信号，例如高电平信号或低电平信号等，因此本实用新型中的状态控制电路用于根据状态信号控制太阳能路灯负载短路保护电路的工作状态，电流采集电路用于采集负载(如LED路灯)短路时的电流，并将采集的电流输送到负载驱动电路；负载驱动电路用于驱动负载(如LED路灯)的导通与断开；其中，信号输出端包括但不局限于微处理器的信号输出端；
通过上述太阳能路灯负载短路保护电路，一方面可以保证蓄电池对负载的正常供电，充分利用太阳能；另一方面可以在负载发生短路现象时，有效采集短路时的电流，无需设计专门的芯片和软件保护方案来及时关闭负载所在的通路，对整个太阳能路灯系统进行短路保护，设计简单、成本低、效率高。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：
进一步：所述状态控制电路包括二极管D1；
所述二极管D1的阳极通过所述控制端与所述信号输出端电连接，所述二极管D1的阴极与第一直流电源电连接。
上述进一步技术方案的有益效果是：二极管D1可以确保其阳极电压不超过第一直流电源的电压(例如+5V)，从而对控制端和后面的负载驱动电路起到保护作用，从而保证能在负载发生短路现象时，能及时断开负载所在的通路。
进一步：所述状态控制电路还包括电容C；
所述电容C的一端通过所述控制端与所述信号输出端电连接，所述电容C的另一端接地。
上述进一步技术方案的有益效果是：电容C起到滤波作用，从而保证状态控制电路的控制端输出的电平稳定。
进一步：所述电流采集电路包括第一采样电阻R3和第二采样电阻R4；
所述第一采样电阻R3的一端和所述第二采样电阻R4的一端均分别与所述控制端电连接，所述第一采样电阻R3的另一端与所述负载驱动电路电连接，所述第二采样电阻R4的另一端与所述负载电连接。
上述进一步技术方案的有益效果是：通过第一采样电阻R3能接收状态控制电路的控制端的状态信号，并转化为负载驱动电路的驱动信号输送到负载驱动电路中，通过负载驱动电路驱动负载所在的通路断开或导通；第二采样电阻R4通常为一个大电阻，能够使得流经负载所在通路的电流非常小，即使得负载所在的通路处于断开状态，则在负载发生短路时，可以有效断开负载，对负载进行及时有效的短路保护。
进一步：所述负载驱动电路包括三极管Q1、第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、稳压管D2和场效应管Q2；
所述第一限流电阻R1的一端与第二直流电源电连接，所述第一限流电阻R1的另一端与所述第二限流电阻R2串联后与所述稳压管D2的阴极电连接，所述稳压管D2的阳极与所述三极管Q1的发射极电连接；所述三极管Q1的基极与所述第一采样电阻R3的另一端电连接，所述三极管Q1的集电极与所述第一限流电阻R1和所述第二限流电阻R2的串联端电连接，所述三极管Q1的发射极接地；所述场效应管Q2的源极与所述稳压管D2的阳极电连接，所述场效应管Q2的栅极与所述稳压管D2的阴极电连接，所述场效应管Q2的漏极与所述负载电连接。
进一步：所述三极管Q1为NPN型三极管。
进一步：所述场效应管Q2为增强型N沟道MOS管。
上述进一步技术方案的有益效果是：第一限流电阻R1和第二限流电阻R2串联后与稳压管D2的阴极连接，第一限流电阻R1和第二限流电阻R2起到分压限流的作用，防止稳压管D2因电流过大而损坏；场效应管Q2的栅极与稳压管D2的阴极电连接，场效应管Q2的源极与稳压管D2的阳极连接，场效应管Q2的漏极与负载电连接，则场效应管Q2用于控制负载的导通和断开；当稳压管D2正常工作时(例如10V输出电压)，场效应管Q2导通，负载导通，太阳能路灯亮；当稳压管D2处于截止状态时，场效应管Q2截止，负载所在的通路断开，太阳能路灯灭；
通过上述负载驱动电路，一方面能在负载正常工作的情况下，通过蓄电池对负载进行供能，保证负载的正常工作；另一方面能在负载发生短路现象，及时通过稳压管和场效应管使得负载所在的通路断开，从而有效对负载进行及时保护，无需专门设计芯片，只需利用微处理器提供状态信号即可，也无需设计软件判断方案，上述电路结构设计较为简单、元件成本低、保护效率高。
进一步：所述状态信号包括高电平信号、低电平信号和高阻态信号。
上述进一步方案的有益效果是：当控制端获取到高电平信号时，三极管Q1工作在饱和状态，稳压管D2截止，场效应管Q2截止，由于第二采样电阻R4是一个大电阻(例如100KΩ)，此时流过负载的电流非常小，则负载所在的通路相当于断开状态；当控制端获取到低电平信号时，三极管Q1处于截止状态，相当于断开，稳压管D2处于正常工作状态，场效应管Q2导通，此时负载的电流将流经场效应管Q2的漏极和源极之后到地，负载导通；当负载导通之后，控制端获取到高阻态信号时，负载仍然保持导通状态，若此时负载出现短路现象，蓄电池提供的电流将会迅速升高，此时第二采样电阻R4由于分流作用，将会流入较大的电流，第二采样电阻R3的输入端电压迅速升高，由于控制端被设置为高阻态，二极管D1将会导通，与此同时，三极管Q1将导通并将工作于饱和状态，使场效应管Q2截止，负载所在的通路断开，从而对整个太阳能路灯系统起到保护作用。
依据本实用新型的另一方面，提供了一种太阳能路灯系统，包括本实用新型中的太阳能路灯负载短路保护电路，还包括负载、蓄电池、太阳能电池板和用于控制所述太阳能路灯负载短路保护电路的微处理器；
所述微处理器的信号输出端与所述状态控制电路的控制端电连接，所述太阳能电池板与所述蓄电池电连接，所述蓄电池与所述负载电连接。
本实用新型的有益效果是：微处理器控制整个太阳能路灯负载短路保护电路，其信号输出端为状态控制电路的控制端提供状态信号，从而保证状态控制电路能根据状态信号控制太阳能路灯负载短路保护电路的工作状态，进而能在负载正常工作的情况下，通过蓄电池对负载进行供能，保证负载的正常工作；另一方面能在负载发生短路现象，及时使得负载所在的通路断开，从而有效对负载进行及时保护，无需专门设计芯片，只需利用微处理器提供状态信号即可，也无需设计软件判断方案，设计简单、成本低、保护效率高。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：
进一步：所述微处理器的信号输出端输出三种状态信号，包括高电平信号、低电平信号和高阻态信号。
进一步：所述微处理器具体为PIC16F684型号单片机。
上述进一步技术方案的有益效果是：选用PIC16F684单片机作为本实用新型的微处理器，分别向状态控制电路的控制端提供低电平信号、高电平信号和高阻态信号三种状态信号；当PIC16F684单片机提供高电平信号时，三极管Q1工作在饱和状态，稳压管D2截止，场效应管Q2截止，由于第二采样电阻R4是一个大电阻(例如100KΩ)，此时流过负载的电流非常小，则负载所在的通路相当于断开状态；当PIC16F684单片机提供低电平信号时，三极管Q1处于截止状态，相当于断开，稳压管D2处于正常工作状态，场效应管Q2导通，此时负载的电流将流经场效应管Q2的漏极和源极之后到地，负载导通；当负载导通之后，PIC16F684单片机提供高阻态信号时，负载仍然保持导通状态，若此时负载出现短路现象，蓄电池提供的电流将会迅速升高，此时第二采样电阻R4由于分流作用，将会流入较大的电流，第二采样电阻R3的输入端电压迅速升高，由于控制端被设置为高阻态，二极管D1将会导通，与此同时，三极管Q1将导通并将工作于饱和状态，使场效应管Q2截止，负载所在的通路断开，从而对整个太阳能路灯系统起到保护作用。
附图说明
图1为本实用新型实施例中太阳能路灯负载短路保护电路的电连接结构示意图一；
图2为本实用新型实施例中太阳能路灯负载短路保护电路的电连接结构示意图二；
图3为本实用新型实施例中太阳能路灯系统的电连接结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、状态控制电路，2、电流采集电路，3、负载驱动电路。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
下面结合附图，对本实用新型进行说明。
实施例一、如图1所示，一种太阳能路灯负载短路保护电路，包括状态控制电路1、电流采集电路2和负载驱动电路3；
所述状态控制电路1的控制端与信号输出端电连接以接收所述信号输出端输出的状态信号，所述状态控制电路1还与所述电流采集电路2的输入端电连接，所述电流采集电路2分别与所述负载驱动电路3和负载电连接，所述负载驱动电路3与所述负载电连接。
由于状态控制电路的控制端与信号输出端电连接，因此可以获取整个太阳能路灯负载短路保护电路的状态信号，例如高电平信号或低电平信号等，因此本实用新型中的状态控制电路用于根据状态信号控制太阳能路灯负载短路保护电路的工作状态，电流采集电路用于采集负载短路时的电流，并将采集的电流输送到负载驱动电路；负载驱动电路用于驱动负载的导通与断开；其中，信号输出端包括但不局限于微处理器的信号输出端；
通过上述太阳能路灯负载短路保护电路，一方面可以保证蓄电池对负载的正常供电，充分利用太阳能；另一方面可以在负载发生短路现象时，有效采集短路时的电流，无需设计专门的芯片和软件保护方案来及时关闭负载端所在的通路，对整个太阳能路灯系统进行短路保护，设计简单、成本低、效率高。
具体地，本实施例中的负载为LED路灯，LED路灯具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点，因此，LED路灯是节能改造的最佳选择。
优选地，如图2所示，所述状态控制电路1包括二极管D1；
所述二极管D1的阳极通过所述控制端与所述信号输出端电连接，所述二极管D1的阴极与第一直流电源电连接。
二极管D1可以确保其阳极电压不超过第一直流电源的电压，从而对控制端和后面的负载驱动电路起到保护作用，从而保证能在负载发生短路现象时，能及时断开负载所在的通路。
具体地，本实施例中的第一直流电源为+5V直流电源。
优选地，如图2所示，所述状态控制电路1还包括电容C；
所述电容C的一端通过所述控制端与所述信号输出端电连接，所述电容C的另一端接地。
电容C起到滤波作用，从而保证状态控制电路的控制端输出的电平稳定。
优选地，如图2所示，所述电流采集电路2包括第一采样电阻R3和第二采样电阻R4；
所述第一采样电阻R3的一端和所述第二采样电阻R4的一端均分别与所述控制端电连接，所述第一采样电阻R3的另一端与所述负载驱动电路3电连接，所述第二采样电阻R4的另一端与所述负载电连接。
通过第一采样电阻R3能接收状态控制电路的控制端的状态信号，并转化为负载驱动电路的驱动信号输送到负载驱动电路中，通过负载驱动电路驱动负载所在的通路断开或导通；第二采样电阻R4通常为一个大电阻，能够使得流经负载所在通路的电流非常小，即使得负载所在的通路处于断开状态，则在负载发生短路时，可以有效断开负载，对负载进行及时有效的短路保护。
具体地，本实施例中的第一采样电阻R3为10kΩ，第二采样电阻R4为100kΩ。
优选地，如图2所示，所述负载驱动电路3包括三极管Q1、第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、稳压管D2和场效应管Q2；
所述第一限流电阻R1的一端与第二直流电源电连接，所述第一限流电阻R1的另一端与所述第二限流电阻R2串联后与所述稳压管D2的阴极电连接，所述稳压管D2的阳极与所述三极管Q1的发射极电连接；所述三极管Q1的基极与所述第一采样电阻R3的另一端电连接，所述三极管Q1的集电极与所述第一限流电阻R1和所述第二限流电阻R2的串联端电连接，所述三极管Q1的发射极接地；所述场效应管Q2的源极与所述稳压管D2的阳极电连接，所述场效应管Q2的栅极与所述稳压管D2的阴极电连接，所述场效应管Q2的漏极与所述负载电连接。
第一限流电阻R1和第二限流电阻R2串联后与稳压管D2的阴极连接，第一限流电阻R1和第二限流电阻R2起到分压限流的作用，防止稳压管D2因电流过大而损坏；场效应管Q2的栅极与稳压管D2的阴极电连接，场效应管Q2的源极与稳压管D2的阳极连接，场效应管Q2的漏极与负载电连接，则场效应管Q2用于控制负载的导通和断开；当稳压管D2正常工作时(例如10V输出电压)，场效应管Q2导通，负载导通，太阳能路灯亮；当稳压管D2处于截止状态时，场效应管Q2截止，负载所在的通路断开，太阳能路灯灭；
通过上述负载驱动电路，一方面能在负载正常工作的情况下，通过蓄电池对负载进行供能，保证负载的正常工作；另一方面能在负载发生短路现象，及时通过稳压管和场效应管使得负载所在的通路断开，从而有效对负载进行及时保护，无需专门设计芯片，只需利用微处理器提供状态信号即可，也无需设计软件判断方案，上述电路结构设计较为简单、元件成本低、保护效率高。
具体地，本实施例中的第二直流电源为+12V直流电源，三极管Q1为NPN型三极管，场效应管Q2为增强型N沟道MOS管。
具体地，本实施例中的状态信号包括高电平信号、低电平信号和高阻态信号，因此本实施例中的太阳能路灯负载短路保护电路的工作原理为：
(1)负载断开的情况：
当信号输出端输出高电平信号时，控制端设置为高电平，该高电平经第一采样电阻R3后加载到三极管Q1的基极，三极管Q1的发射结正偏；与此同时，+12V的直流电压经第一限流电阻R1后加载到三极管Q1的集电极上，使三极管Q1工作在饱和状态，此时三极管Q1的集电极到发射极的电压Vce非常小(约为0.2V)，使稳压管D2截止，场效应管Q2的栅极与源极电压很小(小于0.2V)，因此场效应管Q2截止；由于蓄电池通常为+12V的直流电压且第二采样电阻R4是一个大电阻(为100kΩ)，因此此时流过负载LED路灯的电流非常小，负载LED路灯灭，即负载所在的通路相当于断开状态。
(2)负载导通的情况：
当信号输出端输出低电平信号时，控制端设置为低电平时，该低电平经第一采样电阻R3后加载到三极管Q1的基极上，Q1的发射结截止，三极管Q1处于截止状态，相当于断开；此时，+12V的直流电压经第一限流电阻R1和第二限流电阻R2分压限流之后加载在稳压管D2上，稳压管D2处于正常工作状态，场效应管Q2的栅极与源极将有+10V左右的电压，场效应管Q2导通，此时负载LED路灯的电流将流经场效应管Q2的漏极和源极之后到地，负载导通，LED路灯亮；
在负载导通之后，信号输出端输出高阻态信号，立刻将控制端设置为高阻态，此时整个保护电路呈现出高电阻状态，负载仍然保持导通状态，LED路灯亮；若此时负载出现短路现象，蓄电池提供的电流将会迅速升高，此时第二采样电阻R4由于分流作用，将会流入较大的电流，第一采样电阻R3的输入端电压迅速升高，由于控制端被设置为高阻态，二极管D1将会导通，从而保证二极管D1的阳极电压为5V左右，对三极管Q1起到保护作用；与此同时，三极管Q1将导通并将工作于饱和状态，三极管Q1工作于饱和状态将使三极管Q1的集电极到发射极的电压Vce非常小(约为0.2V)，使场效应管Q2截止，负载所在的通路断开，从而对整个太阳能路灯系统起到保护作用。
实施例二、如图3所示，一种太阳能路灯系统，包括实施例一中的太阳能路灯负载短路保护电路，还包括负载、蓄电池、太阳能电池板和用于提供所述状态信号的微处理器；
所述微处理器的信号输出端与所述状态控制电路1的控制端电连接，所述太阳能电池板与所述蓄电池电连接，所述蓄电池与所述负载电连接。
微处理器控制整个太阳能路灯负载短路保护电路，其信号输出端为状态控制电路的控制端提供状态信号，从而保证状态控制电路能根据状态信号控制太阳能路灯负载短路保护电路的工作状态，进而能在负载正常工作的情况下，通过蓄电池对负载进行供能，保证负载的正常工作；另一方面能在负载发生短路现象，及时使得负载所在的通路断开，从而有效对负载进行及时保护，无需专门设计芯片，只需利用微处理器提供状态信号即可，也无需设计软件判断方案，设计简单、成本低、保护效率高。
优选地，所述微处理器具体为PIC16F684型号单片机。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能路灯负载短路保护电路，其特征在于，包括状态控制电路(1)、电流采集电路(2)和负载驱动电路(3)；
所述状态控制电路(1)的控制端与信号输出端电连接以接收所述信号输出端输出的状态信号，所述状态控制电路(1)还与所述电流采集电路(2)的输入端电连接，所述电流采集电路(2)分别与所述负载驱动电路(3)和负载电连接，所述负载驱动电路(3)与所述负载电连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能路灯负载短路保护电路，其特征在于，所述状态控制电路(1)包括二极管D1；
所述二极管D1的阳极通过所述控制端与所述信号输出端电连接，所述二极管D1的阴极与第一直流电源电连接。
3.根据权利要求2所述的太阳能路灯负载短路保护电路，其特征在于，所述状态控制电路(1)还包括电容C；
所述电容C的一端通过所述控制端与所述信号输出端电连接，所述电容C的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的太阳能路灯负载短路保护电路，其特征在于，所述电流采集电路(2)包括第一采样电阻R3和第二采样电阻R4；
所述第一采样电阻R3的一端和所述第二采样电阻R4的一端均分别与所述控制端电连接，所述第一采样电阻R3的另一端与所述负载驱动电路(3)电连接，所述第二采样电阻R4的另一端与所述负载电连接。
5.根据权利要求4所述的太阳能路灯负载短路保护电路，其特征在于，所述负载驱动电路(3)包括三极管Q1、第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、稳压管D2和场效应管Q2；
所述第一限流电阻R1的一端与第二直流电源电连接，所述第一限流电阻R1的另一端与所述第二限流电阻R2串联后与所述稳压管D2的阴极电连接，所述稳压管D2的阳极与所述三极管Q1的发射极电连接；所述三极管Q1的基极与所述第一采样电阻R3的另一端电连接，所述三极管Q1的集电极与所述第一限流电阻R1和所述第二限流电阻R2的串联端电连接，所述三极管Q1的发射极接地；所述场效应管Q2的源极与所述稳压管D2的阳极电连接，所述场效应管Q2的栅极与所述稳压管D2的阴极电连接，所述场效应管Q2的漏极与所述负载电连接。
6.根据权利要求5所述的太阳能路灯负载短路保护电路，其特征在于，所述三极管Q1为NPN型三极管。
7.根据权利要求5所述的太阳能路灯负载短路保护电路，其特征在于，所述场效应管Q2为增强型N沟道MOS管。
8.根据权利要求1至7任一项所述的太阳能路灯负载短路保护电路，其特征在于，所述状态信号包括高电平信号、低电平信号和高阻态信号。
9.一种太阳能路灯系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的太阳能路灯负载短路保护电路，还包括负载、蓄电池、太阳能电池板和用于提供所述状态信号的微处理器；
所述微处理器的信号输出端与所述状态控制电路(1)的控制端电连接，所述太阳能电池板与所述蓄电池电连接，所述蓄电池与所述负载电连接。
10.根据权利要求9所述的太阳能路灯系统，其特征在于，所述微处理器具体为PIC16F684型号单片机。
Priority Applications (1)
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| CN201921642261.8U CN210609816U (zh) | 2019-09-29 | 2019-09-29 | 一种太阳能路灯负载短路保护电路及太阳能路灯系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201921642261.8U CN210609816U (zh) | 2019-09-29 | 2019-09-29 | 一种太阳能路灯负载短路保护电路及太阳能路灯系统 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN210609816U true CN210609816U (zh) | 2020-05-22 |
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| CN (1) | CN210609816U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114043898A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-02-15 | 深圳市普兰斯通科技有限公司 | 充电机保护电路、方法及充电机 |
-
2019
- 2019-09-29 CN CN201921642261.8U patent/CN210609816U/zh active Active
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