專利名稱：光伏路燈控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用太陽能提供供電路燈照明的控制器裝置，特別是涉及一種保護及控制功能完善可靠、散熱效果良好、穩(wěn)定工作時間長的光伏路燈控制器。
背景技術(shù)：
當今世界，傳統(tǒng)能源日益減少，各國均面臨著不同程度的能源危機，解決能源短缺成為越來越重要的議題，同時傳統(tǒng)能源消耗所造成的環(huán)境污染也日趨嚴重。積極發(fā)展新能源，特別是利用太陽能發(fā)電來解決照明問題，成為一個切實可行的新能源發(fā)展切入點，目前市場上已有各種規(guī)格的光伏路燈控制器，廣泛應(yīng)用于道路、學校、居民區(qū)、廣場等公共場合的太陽能路燈照明系統(tǒng)中。
但現(xiàn)有的光伏路燈控制器在性能及結(jié)構(gòu)上都存在著諸多不夠完善的地方，特別是在一些關(guān)鍵性的功能上，在實際應(yīng)用中，這些問題都阻礙了光伏路燈控制器質(zhì)量的提高。目前市場上常見的路燈控制器中，對于負載端(LED燈)短路、線路反接、過流、過壓等保護效果不是很理想，如果出現(xiàn)長時間過流或短路等情況發(fā)生，控制器會直接出現(xiàn)故障燒壞，無法工作。其次，大多數(shù)控制器對于控制板上的大功率器件的散熱設(shè)計考慮不夠完善，路燈控制器大多安裝在戶外燈桿內(nèi)，如果戶外環(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度達到以上時，控制器散熱效果不好的話，內(nèi)部主要功率器件極有可能會燒壞。再次，目前大多數(shù)控制器多采用光控加時控的結(jié)合方式，少數(shù)控制器帶有半功率功能，但是無法根據(jù)用戶的需求來調(diào)節(jié)半功率工作的LED燈照明亮度。
有鑒于此，有必要提供一種保護及控制功能完善可靠、散熱效果良好、穩(wěn)定工作時間長的光伏路燈控制器，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了解決現(xiàn)有光伏路燈控制器的保護及控制功能不完善、散熱效果不好、無法長時間穩(wěn)定工作的缺點，本發(fā)明提供了一種保護及控制功能完善可靠、散熱效果良好、穩(wěn)定工作時間長的光伏路燈控制器。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種光伏路燈控制器，所述控制器包括外殼、操作面板、控制電路板，操作面板位于外殼上，控制電路板設(shè)置于控制器內(nèi)部，其特征在于所述控制器還包括鋁基板和散熱器，鋁基板設(shè)置在所述外殼底部，鋁基板與散熱器緊密貼合在一起；所述控制器的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)還包括功率電路板，功率電路板焊接在鋁基板上部，所述控制電路板通過接口電路扣合在功率電路板上；所述功率電路板包括蓄電池電路、太陽能電池板電路、LED燈電路和接口電路，外部設(shè)備蓄電池、太陽能電池板、LED燈分別連接到蓄電池電路、太陽能電池板電路和LED燈電路；所述控制電路板包括單片機、AD轉(zhuǎn)換電路、顯示按鍵電路、IO驅(qū)動電路、硬件保護電路和接口電路；功率電路板采集到的蓄電池、太陽能電池板、LED燈的電壓和電流信號通過接口電路送入AD轉(zhuǎn)換電路，AD轉(zhuǎn)換電路將信號轉(zhuǎn)換為單片機能夠識別的信號，送入單片機，由單片機對轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進行算法分析處理，然后給
3出控制指令，發(fā)送給顯示按鍵電路和IO驅(qū)動電路。
如上所述的光伏路燈控制器，其特征在于，所述控制器進一步包括一雷擊浪涌保護器，雷擊浪涌保護器設(shè)置在鋁基板上方。
如上所述的光伏路燈控制器，其特征在于，所述硬件保護電路包括一運算放大器及一與門芯片，LED燈工作電流采樣轉(zhuǎn)換后的信號輸入所述運算放大器，出來的運算比較信號和來自單片機的控制LED燈開關(guān)信號與所述與門芯片相與，得到的信號去控制LED燈開關(guān)，即構(gòu)成兩級過流保護。
如上所述的光伏路燈控制器，其特征在于，所述單片機具有軟件過流保護子程序模塊，所述軟件過流保護子程序模塊設(shè)有短路保護預(yù)置電流Ia和過流保護預(yù)置電流Ib，設(shè)定Ia > Λ，若LED燈工作電流大于Ia，則直接關(guān)斷LED燈輸出，延時M秒之后再開通；若一晚上工作電流大于Λ的次數(shù)達到N，則說明系統(tǒng)工作不正常，關(guān)斷LED燈輸出，當晚不再開通LED燈。
如上所述的光伏路燈控制器，其特征在于，所述操作面板是薄膜開關(guān)，薄膜開關(guān)鑲嵌在外殼上，薄膜開關(guān)上設(shè)有按鍵和LED燈，用于設(shè)置控制器參數(shù)和顯示控制器故障。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明控制器采用硬件保護加軟件保護相結(jié)合，預(yù)裝雷擊浪涌保護器，結(jié)構(gòu)方面鋁基板和散熱器相結(jié)合的方式使得本控制器具有以下優(yōu)點1、保護功能完善，控制器LED燈端長期處于短路狀態(tài)控制器亦不會損壞；2、防雷可靠性高，可有效防止感應(yīng)過電壓和雷擊大電流；3、可有效防止控制器短路或過流時短時間過熱引起控制器主要芯片燒壞，延長控制器的使用壽命；4、控制器的可耐受環(huán)境工作溫度大大提高，長時間處于較高的環(huán)境溫度下，控制器亦能正常工作。


圖1為本發(fā)明實施例的光伏路燈控制器外殼結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明實施例的光伏路燈控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為本發(fā)明實施例的光伏路燈控制器硬件保護電路的電路圖。
圖4為本發(fā)明實施例的光伏路燈控制器所用單片機模塊電路圖。
圖5為本發(fā)明實施例的光伏路燈控制器主控制程序流程圖。
圖6為本發(fā)明實施例的光伏路燈控制器軟件過流保護子程序流程圖。
具體實施例方式附圖中符號說明1-薄膜開關(guān)、2-外殼、3-散熱器、4-鋁基板。
以下通過具體實施方式
，結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
參見圖1，本實施例中，光伏路燈控制器外部結(jié)構(gòu)主要是由薄膜開關(guān)1、外殼2、散熱器3、外殼底部的鋁基板4組成。薄膜開關(guān)1上設(shè)有按鍵和LED燈，用于設(shè)置控制器參數(shù)和顯示控制器故障。鋁基板4的下部涂上導(dǎo)熱硅脂，與散熱器3緊密連接在一起。
光伏路燈控制器的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)主要包括控制電路板、功率電路板和雷擊浪涌保護器?？刂齐娐钒逋ㄟ^接口電路扣合在功率電路板上，功率電路板是焊接在鋁基板4上部。 同時，控制器的雷擊浪涌保護器也設(shè)置在鋁基板4上方，是一獨立的控制系統(tǒng)功能保護模塊，保護光伏LED照明系統(tǒng)不受雷電感應(yīng)的影響，有效防止感應(yīng)過電壓和雷擊大電流。
參見圖2，是本實施例的控制電路板和功率電路板的硬件結(jié)構(gòu)框圖。右邊的是功率電路板的結(jié)構(gòu)，包括蓄電池電路、太陽能電池板電路、LED燈電路和接口電路。外部設(shè)備蓄電池、太陽能電池板、LED燈分別連接到蓄電池電路、太陽能電池板電路和LED燈電路。蓄電池電路的充放電管理、LED燈的開通關(guān)斷控制由串接在各自電路中的MOS管的開通和關(guān)斷來實現(xiàn)，MOS管的柵極通過接口電路與控制電路中的IO驅(qū)動電路連接，實現(xiàn)對柵極的驅(qū)動控制。
左邊的是控制電路板的結(jié)構(gòu)，包括單片機、AD轉(zhuǎn)換電路、顯示按鍵電路、IO驅(qū)動電路、硬件保護電路和接口電路，功率電路板采集到的蓄電池、太陽能電池板、LED燈的電壓和電流信號通過接口電路送入AD轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為單片機能夠識別的信號，送入單片機進行 AD轉(zhuǎn)換，經(jīng)單片機內(nèi)部程序處理，將對轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進行算法分析處理，然后給出控制指令，發(fā)送給顯示按鍵電路和IO驅(qū)動電路，IO驅(qū)動電路主要對單片機送來的信號進行功率轉(zhuǎn)換，提高信號的驅(qū)動功率。
圖3為圖2中的硬件保護電路的電路圖。硬件保護電路也可以稱為運算比較硬件保護電路，其中:U8為運算放大器，其輸入3腳為LED燈工作電流采樣轉(zhuǎn)換后的0-5V電壓； U9為與門芯片，U8出來的運算比較信號和來自單片機P3. 7 口控制LED燈開關(guān)信號相與，輸出的信號再去控制LED燈開關(guān)。這樣就構(gòu)成了兩級過流保護，運算比較硬件保護電路和單片機的軟件過流保護子程序，提高了控制器過流保護能力。
本硬件電路還可實現(xiàn)對控制器的相關(guān)硬件保護 (1)蓄電池的反接保護，蓄電池反接時，系統(tǒng)處于不工作狀態(tài)，但不會損壞控制器； (2) LED燈模塊部分有可恢復(fù)保險，可有效防止LED燈短路或過流對控制器和燈具造成損害。
圖4為控制器所用單片機模塊電路圖，單片機模塊主要由單片機 U3(STC12C5204AD)構(gòu)成，作用為采集系統(tǒng)中蓄電池、LED燈和太陽能電池板的電壓、電流模擬信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過算法運算后，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)值來決定控制器發(fā)出何種控制信號。單片機STC12C5204AD主要實現(xiàn)的功能如下 (1)完成模數(shù)轉(zhuǎn)換； (2)完成數(shù)據(jù)算法處理； (3)控制器狀態(tài)指示燈； (4)控制蓄電池充放電開關(guān)、LED開關(guān)。
其中，各個接口連接設(shè)計為單片機的P1.0、P1. 1、PL2、P1.5、PL6、P1.7SADR 換輸入端；P3. 7輸出控制LED燈工作狀態(tài)；P3. 4控制蓄電池的充放電；P3. 0、P3. 1、P3. 3連接狀態(tài)顯示LED和按鍵。
控制器主控制程序和軟件過流保護程序由單片機負責執(zhí)行。圖5所示為控制器主控制程序流程圖，程序起始為各個功能模塊的初始化，并從單片機內(nèi)部EEPROM讀取控制器相關(guān)配置參數(shù)值。同時實時檢測是否有按鍵動作發(fā)生，根據(jù)按鍵設(shè)置值對系統(tǒng)參數(shù)進行重新配置。AD采樣頻率為IOK Hz，實時檢測蓄電池電壓、電流，LED燈的電壓、電流以及太陽能電池板的電壓和電流值，并根據(jù)所采樣得到的各個信號值，進行相應(yīng)的算法處理，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。算法程序模塊主要包括蓄電池充放電管理、系統(tǒng)過壓和欠壓保護、系統(tǒng)
5過流保護、LED燈的開通關(guān)斷和全/半功率工作模塊控制。
圖6為軟件過流保護子程序流程圖，設(shè)有短路保護預(yù)置電流Ia，過流保護預(yù)置電流rt，Ia > Ib，若LED燈工作電流大于Ia，則直接關(guān)斷LED燈輸出，延時M秒之后再開通； 若一晚上工作電流大于Λ的次數(shù)達到N，則說明系統(tǒng)工作不正常，關(guān)斷LED燈輸出，當晚不再開通LED燈。短路保護和過流保護相結(jié)合的軟件保護，有效的防止了 LED燈工作時短路和過流給系統(tǒng)帶來的損害，提高了系統(tǒng)的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種光伏路燈控制器，所述控制器包括外殼、操作面板、控制電路板，操作面板位于外殼上，控制電路板設(shè)置于控制器內(nèi)部，其特征在于所述控制器還包括鋁基板和散熱器，鋁基板設(shè)置在所述外殼底部，鋁基板與散熱器緊密貼合在一起；所述控制器的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)還包括功率電路板，功率電路板焊接在鋁基板上部，所述控制電路板通過接口電路扣合在功率電路板上；所述功率電路板包括蓄電池電路、太陽能電池板電路、LED燈電路和接口電路，外部設(shè)備蓄電池、太陽能電池板、LED燈分別連接到蓄電池電路、太陽能電池板電路和LED燈電路；所述控制電路板包括單片機、AD轉(zhuǎn)換電路、顯示按鍵電路、IO驅(qū)動電路、硬件保護電路和接口電路；功率電路板采集到的蓄電池、太陽能電池板、LED燈的電壓和電流信號通過接口電路送入AD轉(zhuǎn)換電路，AD轉(zhuǎn)換電路將信號轉(zhuǎn)換為單片機能夠識別的信號，送入單片機，由單片機對轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進行算法分析處理，然后給出控制指令，發(fā)送給顯示按鍵電路和IO驅(qū)動電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏路燈控制器，其特征在于，所述控制器進一步包括一雷擊浪涌保護器，雷擊浪涌保護器設(shè)置在鋁基板上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏路燈控制器，其特征在于，所述硬件保護電路包括一運算放大器及一與門芯片，LED燈工作電流采樣轉(zhuǎn)換后的信號輸入所述運算放大器，出來的運算比較信號和來自單片機的控制LED燈開關(guān)信號與所述與門芯片相與，得到的信號去控制 LED燈開關(guān)，即構(gòu)成兩級過流保護。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏路燈控制器，其特征在于，所述單片機具有軟件過流保護子程序模塊，所述軟件過流保護子程序模塊設(shè)有短路保護預(yù)置電流Ia和過流保護預(yù)置電流Ib，設(shè)定Ia > Λ，若LED燈工作電流大于Ia，則直接關(guān)斷LED燈輸出，延時M秒之后再開通；若一晚上工作電流大于Λ的次數(shù)達到N，則說明系統(tǒng)工作不正常，關(guān)斷LED燈輸出， 當晚不再開通LED燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏路燈控制器，其特征在于，所述操作面板是薄膜開關(guān)，薄膜開關(guān)鑲嵌在外殼上，薄膜開關(guān)上設(shè)有按鍵和LED燈，用于設(shè)置控制器參數(shù)和顯示控制器故障。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光伏路燈控制器，所述控制器包括外殼、操作面板、控制電路板，操作面板位于外殼上，控制電路板設(shè)置于控制器內(nèi)部，其特征在于所述控制器還包括鋁基板和散熱器，鋁基板設(shè)置在所述外殼底部，鋁基板與散熱器緊密貼合在一起；所述控制器的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)還包括功率電路板，功率電路板焊接在鋁基板上部，所述控制電路板通過接口電路扣合在功率電路板上。本發(fā)明控制器具有以下優(yōu)點保護功能完善，控制器LED燈端長期處于短路狀態(tài)控制器亦不會損壞；可有效防止控制器短路或過流時短時間過熱引起控制器主要芯片燒壞，延長控制器的使用壽命；控制器的可耐受環(huán)境工作溫度大大提高，長時間處于較高的環(huán)境溫度下，控制器亦能正常工作。
文檔編號H02H9/04GK102186277SQ20111005765
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者呂華林, 祝亞峰, 羅傳仙, 張良華 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司