一种太阳能路灯供电系统论文和设计-孙伟

全文摘要

本实用新型实施例公开了一种太阳能路灯供电系统，包括太阳能电池、蓄电池、控制器和负载灯，其中，所述控制器包括中央控制电路、PWM充电电路、电池管理电路和PWM放电电路，其特征在于，所述蓄电池为单节锂电芯；所述PWM充电电路的主回路包括第一MOS管和第二MOS管，且所述第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极与12V的驱动电路电连接；所述PWM放电电路包括开关电路和BOOST电路，所述BOOST电路用于升高所述蓄电池的输出电压。所述太阳能路灯供电系统能够利用单节锂电芯来为太阳能路灯供电，并能够满足负载光源对高输出电压的需求，达到持续稳定工作的目的，从而实现了单节锂电芯的有效利用。

主设计要求

1.一种太阳能路灯供电系统，包括太阳能电池、蓄电池、控制器和负载灯，其中，所述控制器包括中央控制电路、PWM充电电路、电池管理电路和PWM放电电路，其特征在于，所述蓄电池为单节锂电芯；所述PWM充电电路的主回路包括第一MOS管和第二MOS管，且所述第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极与12V的驱动电路电连接；所述PWM放电电路包括开关电路和BOOST电路，所述BOOST电路用于升高所述蓄电池的输出电压。

设计方案

1.一种太阳能路灯供电系统，包括太阳能电池、蓄电池、控制器和负载灯，其中，所述控制器包括中央控制电路、PWM充电电路、电池管理电路和PWM放电电路，其特征在于，所述蓄电池为单节锂电芯；

所述PWM充电电路的主回路包括第一MOS管和第二MOS管，且所述第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极与12V的驱动电路电连接；

所述PWM放电电路包括开关电路和BOOST电路，所述BOOST电路用于升高所述蓄电池的输出电压。

2.根据权利要求1所述太阳能路灯供电系统，其特征在于，所述第一MOS管的漏极与太阳能电池的负极电连接，所述第一MOS管的栅极与12V的驱动电路电连接；所述第二MOS管的栅极与12V的驱动电路电连接，并通过第一电阻与所述第一MOS管的源极电连接，所述第二MOS管的源极与所述第一MOS管的源极电连接，所述第二MOS管的漏极通过第二电阻和第三电阻的并联与蓄电池负极电连接。

3.根据权利要求2所述太阳能路灯供电系统，其特征在于，所述12V的驱动电路，包括：

第三三极管，所述第三三极管的发射极输入第一PWM波，所述第三三极管的基极通过第四电阻接地，所述第三三极管的集电极与第一二极管的正极电连接；

第四三极管，所述第四三极管的发射极接地，所述第四三极管的基极通过第五电阻接入所述太阳能电池正极，所述第四三极管的集电极与第二二极管的正极电连接；

第三二极管，所述第三二极管的正极与太阳能电池负极电连接，并通过第六电阻接入所述太阳能电池正极，所述第三二极管的负极依次通过第七电阻和第八电阻分别与所述第一二极管的负极和第二二极管的负极电连接；

第五三极管，所述第五三极管的基极通过第七电阻与所述第三二极管的负极电连接，所述第五三极管的集电极通过第九电阻接入供电电路，所述第五三极管的发射极分别与所述第一MOS管的源极和第二MOS管的源极电连接；

第六三极管，所述第六三极管的集电极通过第十电阻与供电电路电连接，所述第六三极管的发射极分别与所述第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极电连接，所述第六三极管的基极分别与所述第五三极管的集电极、第四二极管的负极和第五二极管的负极电连接，所述第四二极管的正极与所述第五三极管的发射极电连接，所述第五二极管的正极通过第十一电阻与所述第六三极管的发射极电连接。

4.根据权利要求3所述太阳能路灯供电系统，其特征在于，所述供电电路，包括：

升压芯片，所述升压芯片包括NC接口、IN接口、EN接口、SW接口、GND接口和FB接口；

其中，所述IN接口通过第一电容、第二电容的并联接地，通过第一绕线电感与第六二极管的正极电连接，并通过第十二电阻与第七二极管的负极电连接，所述第七二极管的正极所述蓄电池的正极电连接；

所述EN接口通过第十三电阻与所述IN接口电连接；

所述SW接口与所述第六二极管的正极电连接；

所述GND接口接地；

所述FB接口通过第十四电阻和第三电容的并联与所述第六二极管的负极电连接，并通过第十五电阻接地；

所述第六二极管的负极与所述12V的驱动电路电连接，并通过第四电容、第五电容和第六电容的并联接地。

5.根据权利要求4所述太阳能路灯供电系统，其特征在于，所述BOOST电路，包括：

肖特基二极管，所述肖特基二极管的正极通过第二绕线电感与蓄电池正极电连接，所述肖特基二极管的负极与所述负载灯的正极电连接，与第七有极电容正极和第八有极电容正极电连接，并通过所述第七有极电容和第八有极电容的并连接地；

第七MOS管，所述第七MOS管的漏极与所述肖特基二极管的正极电连接，所述第七MOS管的栅极通过第十六电阻接入PWM放电电路的驱动电路，所述第七MOS管的源极通过第十七电阻与所述第七MOS管的栅极电连接；

第八MOS管，所述第八MOS管的栅极通过第十八电阻与蓄电池正极电连接，所述第八MOS管的源极与所述第七MOS管的源极电连接，并通过第十九电阻与所述第八MOS管的栅极电连接，所述第八MOS管的漏极通过第二电阻和第三电阻的并联与所述蓄电池的负极电连接，并分别与所述第七有极电容的负极和第八有极电容的负极电连接。

6.根据权利要求5所述太阳能路灯供电系统，其特征在于，所述开关电路，包括：

第九MOS管，所述第九MOS管的漏极与所述负载灯负极电连接，所述第九MOS管的源极通过第二十电阻与所述第九MOS管的栅极电连接，通过第二十一电阻分别与所述第七有极电容的负极和第八有极电容的负极电连接，并通过所述第七有极电容和第八有极电容的并连与所述负载灯的正极电连接，所述第九MOS管的栅极通过第二十二电阻与PWM放电电路的驱动电路电连接。

7.根据权利要求6所述太阳能路灯供电系统，其特征在于，所述PWM放电电路的驱动电路，包括：

驱动芯片，所述驱动芯片包括INA接口、GND接口、INB接口、OUTA接口、VS接口、OUTB接口和两个NC接口；

其中，所述INA接口通过第二十三电阻接地，并通过第二十四电阻接入第二PWM波；

所述GND接口接地；

所述INB接口通过第二十五电阻接入第三PWM波，并通过第二十六电阻接地；

两个NC接口电连接且通过第二十七电阻接地；

所述OUTA接口接入所述开关电路，并通过所述第二十二电阻与所述第九MOS管的栅极电连接；

所述VS接口接入供电电路，并通过第九电容和第十电容的并联接地；

所述OUTB接口接入所述BOOST电路，并通过所述第十六电阻与所述第七MOS管的栅极电连接。

8.根据权利要求1所述太阳能路灯供电系统，其特征在于，还包括无线通信装置，且所述无线通信装置与所述中央控制电路电连接。

9.根据权利要求1所述太阳能路灯供电系统，其特征在于，所述太阳能路灯供电系统的外壳材料为铝。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及供电控制领域，尤其涉及一种太阳能路灯供电系统。

背景技术

太阳能控制器应用于太阳能光伏系统中，全称为太阳能充放电控制器，用于协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统中非常重要的组件。使整个太阳能光伏系统高效，安全的运作。太阳能路灯控制器主要用于家庭、商业区、工厂、交通、牧区、通信等太阳能供电系统。

市面上太阳能路灯控制器大多为12V\/24V系统，随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为太阳能路灯控制器电池单元的主流。但是，随着锂电池应用越来越多，其相应的不良淘汰品也越来越多，然而这些淘汰的锂电池包往往只是其中的个别电芯存在问题，大部分电芯是正常的，单节锂电芯随着锂电池包的淘汰不仅会浪费资源，而且对环境造成很大污染。所以，单节锂电芯的利用成为了一个迫在眉睫的问题。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种太阳能路灯供电系统，以解决上述问题。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：

一种太阳能路灯供电系统，包括太阳能电池、蓄电池、控制器和负载灯，其中，所述控制器包括中央控制电路、PWM充电电路、电池管理电路和PWM 放电电路，其特征在于，所述蓄电池为单节锂电芯；

所述PWM充电电路的主回路包括第一MOS管和第二MOS管，且所述第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极与12V的驱动电路电连接；

所述PWM放电电路包括开关电路和BOOST电路，所述BOOST电路用于升高所述蓄电池的输出电压。

本实用新型公开的太阳能路灯供电系统，通过在PWM充电电路的主回路上接入12V的驱动电路，并利用12V的驱动电路作为辅助电源控制第一MOS 管和第二MOS管的开关，解决了低压差造成的MOS管导通难和MOS管发热的问题。而且BOOST电路升高所述蓄电池的输出电压，能够满足负载灯对于高电压的需求。从而使得整个太阳能路灯供电系统能够利用单节锂电芯来为太阳能路灯供电，并能够满足负载灯对高输出电压的需求，达到持续稳定工作的目的，从而实现了单节锂电芯的有效利用。

附图说明

图1为现有的一种太阳能路灯供电系统；

图2为本实用新型提供的太阳能路灯供电系统电路示意图；

图3为本实用新型提供的太阳能路灯供电系统PWM充电电路的12V的驱动电路示意图；

图4为本实用新型提供的太阳能路灯供电系统供电电路示意图；

图5为本实用新型提供的太阳能路灯供电系统PWM放电电路的驱动电路示意图；

图6为本实用新型提供的另一种太阳能路灯供电系统示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，目前单节锂电芯的利用成为了一个迫在眉睫的问题。发明人针对这一问题，经过认真的思考探索以及实验，发现将单节锂电芯用到太阳能路灯供电系统中是一个可行的方案。

经过对现有太阳能路灯供电系统的仔细分析，发明人发现现有的太阳能路灯供电系统，包括：太阳能电池、蓄电池、控制器和负载灯。其中，如图1所示，所述控制器包括中央控制电路、PWM充电电路、电池管理电路和PWM放电电路。在具体电路分布时，中央控制电路分别与PWM充电电路、电池管理电路和PWM放电电路电连接，主要是由MCU控制，系统电压采样并导入到控制算法进行计算，然后对整个信通输出控制信号，并最终对整个系统的充放电和电池管理进行逻辑控制；电池管理电路与蓄电池电连接，并分别与PWM 充电电路和PWM放电电路电连接，内部主要包括采样电路、保护电路和指示灯电路，实现对蓄电池进行监测和保护。

经研究发现，现有的太阳能路灯供电系统的蓄电池以12V的电池为主，12V 系统PWM充电电路内部的充电MOS管驱动电路由太阳能电池压差来驱动，即开关MOS管的驱动由太阳能电池的正负极压差决定。对于单节锂电芯而言，其电压只有3.2V，充电时太阳能电池正负极的压差被单节锂电芯电压钳位到 3.2V，所以开关MOS管的驱动电压太低，造成MOS管导通困难，而即使选用低开启电压的MOS管，在3.2V的驱动电压下MOS管也会有发热的风险。

发明人针对上面进一步发现的问题，经过更深入的思考和实验，提出了一种太阳能路灯供电系统，该太阳能路灯供电系统包括太阳能电池、蓄电池、控制器和负载灯，其中，所述控制器包括中央控制电路、PWM充电电路、电池管理电路和PWM放电电路，其特征在于，所述蓄电池为单节锂电芯；所述PWM 充电电路的主回路包括第一MOS管和第二MOS管，且所述第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极与12V的驱动电路电连接；所述PWM放电电路包括开关电路和BOOST电路，所述BOOST电路用于升高所述蓄电池的输出电压。

上述太阳能路灯供电系统通过在PWM充电电路的主回路上接入12V的驱动电路，并利用12V的驱动电路作为辅助电源控制第一MOS管和第二MOS 管的开关，解决了低压差造成的MOS管导通难和MOS管发热的问题。而且 BOOST电路升高所述蓄电池的输出电压，能够满足负载灯对于高电压的需求。从而使得整个太阳能路灯供电系统能够利用单节锂电芯来为太阳能路灯供电，并能够满足负载灯对高输出电压的需求，达到持续稳定工作的目的，从而实现了单节锂电芯的有效利用。

下面结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步阐述。

本实施例提供了一种太阳能路灯供电系统，包括太阳能电池、蓄电池、控制器和负载灯，所述控制器包括中央控制电路、PWM充电电路、电池管理电路和PWM放电电路。其中，所述蓄电池为单节锂电芯。所述中央控制电路由 STM32芯片作为主芯片，STM32芯片带有12位AD通道，能够实现系统电压采样并导入到控制算法进行计算，然后对系统输出控制信号。电池管理电路包括采样电路(可识别电池电压2.8V-8.4V，并对输入输出电流进行采样从而达到控制电流的目的)、保护电路和指示灯电路，用于对蓄电池进行监测和保护。

如图2所示，所述PWM充电电路的主回路包括第一MOS管Q1和第二 MOS管Q2，且所述第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极与12V 的驱动电路电连接；

所述PWM放电电路包括开关电路和BOOST电路，所述BOOST电路用于升高所述蓄电池的输出电压。

具体的，所述PWM充电电路的主回路中的所述第一MOS管Q1的漏极与太阳能电池的负极PV-电连接，所述第一MOS管Q1的栅极与12V的驱动电路电连接；

所述第二MOS管Q2的栅极与12V的驱动电路电连接，并通过第一电阻 R1与所述第一MOS管Q1的源极电连接，所述第二MOS管Q2的源极与所述第一MOS管Q1的源极电连接，所述第二MOS管Q2的漏极通过第二电阻R20 和第三电阻R3的并联与蓄电池负极BAT-电连接。

此外，在太阳能电池的正负极之间还设置有一个双向TVS管，以防止大电流的冲击，保护控制器。

如图3所示，所述12V的驱动电路，包括：

第三三极管Q3，所述第三三极管Q3的发射极输入第一PWM波 PWQG_pv，所述第三三极管Q3的基极通过第四电阻R4接地，所述第三三极管Q3的集电极与第一二极管D1的正极电连接；

第四三极管Q4，所述第四三极管Q4的发射极接地，所述第四三极管Q4 的基极通过第五电阻R5接入所述太阳能电池正极PV+，所述第四三极管Q4 的集电极与第二二极管D2的正极电连接；

第三二极管D3，所述第三二极管D3的正极与太阳能电池负极PV-电连接，并通过第六电阻R6接入所述太阳能电池正极PV+，所述第三二极管D3的负极依次通过第七电阻R7和第八电阻R8分别与所述第一二极管D1的负极和第二二极管D2的负极电连接；

第五三极管Q5，所述第五三极管Q5的基极通过第七电阻R7与所述第三二极管D3的负极电连接，所述第五三极管Q5的集电极通过第九电阻R9接入供电电路，所述第五三极管Q5的发射极分别与所述第一MOS管Q1的源极和第二MOS管Q2的源极电连接；

第六三极管Q6，所述第六三极管Q6的集电极通过第十电阻R10与供电电路电连接，所述第六三极管Q6的发射极分别与所述第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极电连接，所述第六三极管Q6的基极分别与所述第五三极管Q5的集电极、第四二极管D4的负极和第五二极管D5的负极电连接，所述第四二极管D4的正极与所述第五三极管Q5的发射极电连接，所述第五二极管D5的正极通过第十一电阻R11与所述第六三极管Q6的发射极电连接。

如图4，所述供电电路，包括：

升压芯片U1，所述升压芯片U1包括NC接口、IN接口、EN接口、SW 接口、GND接口和FB接口；

其中，所述IN接口通过第一电容C1、第二电容C2的并联接地，通过第一绕线电感L1与第六二极管D2的正极电连接，并通过第十二电阻R12与第七二极管D7的负极电连接，所述第七二极管D7的正极所述蓄电池的正极BAT+ 电连接；

所述EN接口通过第十三电阻R13与所述IN接口电连接；

所述SW接口与所述第六二极管D6的正极电连接；

所述GND接口接地；

所述FB接口通过第十四电阻R14和第三电容C3的并联与所述第六二极管D6的负极电连接，并通过第十五电阻R15接地；

所述第六二极管D6的负极与所述12V的驱动电路电连接，并通过第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6的并联接地。

在具体工作时，单片机检测太阳能电池正负极两端的电压来判断太阳能光电池是否有电，若此时太阳能电池正负极两端的电压大于蓄电池正负极两端的电压，且蓄电池正负极两端的电压低于设定的充电电压，则需要充电。此时，单片机输出的第一PWM波PWQG_pv给出低电平，第三三极管Q3关断，第五三极管Q5基极无高电平而关断，第六三极管Q6基极为高电平导通，供电电路输出VDD为12V，VDD通过第六三极管Q6使第一MOS管Q1和第二MOS 管Q2导通，开始给蓄电池电池充电。第一PWM波一段时间高电平，将MOS 管关断，并检测蓄电池电压，若蓄电池电压低于设定值则继续给蓄电池充电。若蓄电池电压高于设定值将关闭第一MOS管Q1和第二MOS管Q2，停止充电。所述PWM充电电路能够控制太阳能电池按既定的充电曲线对蓄电池进行充电，并避免蓄电池因过放、过充、超压而造成损坏。

如图2所示，所述BOOST电路，包括：

肖特基二极管SBD，所述肖特基二极管SBD的正极通过第二绕线电感L2 与蓄电池正极BAT+电连接，所述肖特基二极管SBD的负极与所述负载灯的正极LOAD+电连接，与第七有极电容C7正极和第八有极电容C8正极电连接，并通过所述第七有极电容C7和第八有极电容C8的并连接地；

第七MOS管Q7，所述第七MOS管Q7的漏极与所述肖特基二极管SBD 的正极电连接，所述第七MOS管Q7的栅极通过第十六电阻R16接入PWM放电电路的驱动电路，所述第七MOS管Q7的源极通过第十七电阻R17与所述第七MOS管Q7的栅极电连接；

第八MOS管Q8，所述第八MOS管Q8的栅极通过第十八电阻R18与蓄电池正极BAT+电连接，所述第八MOS管Q8的源极与所述第七MOS管Q7 的源极电连接，并通过第十九电阻R19与所述第八MOS管Q8的栅极电连接，所述第八MOS管Q8的漏极通过第二电阻R2和第三电阻R3的并联与所述蓄电池的负极BAT-电连接，并分别与所述第七有极电容C7的负极和第八有极电容C8的负极电连接。

所述开关电路，包括：

第九MOS管Q9，所述第九MOS管Q9的漏极与所述负载灯负极LOAD- 电连接，所述第九MOS管Q9的源极通过第二十电阻R20与所述第九MOS管Q9的栅极电连接，通过第二十一电阻R21分别与所述第七有极电容C7的负极和第八有极电容C8的负极电连接，并通过所述第七有极电容C7和第八有极电容C8的并连与所述负载灯的正极LOAD+电连接，所述第九MOS管Q9的栅极通过第二十二电阻R22与PWM放电电路的驱动电路电连接。

如图5所示，所述PWM放电电路的驱动电路，包括：

驱动芯片U2，所述驱动芯片U2包括INA接口、GND接口、INB接口、 OUTA接口、VS接口、OUTB接口和两个NC接口；

其中，所述INA接口通过第二十三电阻R23接地，并通过第二十四电阻 R24接入第二PWM波PWQ9G_load；

所述GND接口接地；

所述INB接口通过第二十五电阻R25接入第三PWM波PWQ7G_boost，并通过第二十六电阻R26接地；

两个NC接口电连接且通过第二十七电阻R27接地；

所述OUTA接口接入所述开关电路，并通过所述第二十二电阻R22与所述第九MOS管Q9的栅极电连接；

所述VS接口接入供电电路，并通过第九电容C19和第十电容C10的并联接地；

所述OUTB接口接入所述BOOST电路，并通过所述第十六电阻R16与所述第七MOS管Q7的栅极电连接。

此外，在蓄电池的正负极之间还设置有一个双向TVS管，以防止大电流的冲击，保护控制器。

在具体工作时，蓄电池正极BAT+与负载灯正极LOAD+间通过Boost电路连接，通过Boost电路可以使输出电压高于输入电压，从而达到升压的目的，其中通过识别负载灯串数，单片机可自动调节第七MOS管Q7的驱动信号，第七MOS管Q7的驱动信号由单片机第二芯片U2得到，使得输出电压稳定，从而负载灯不会闪烁。

如图6所示，所述太阳能路灯供电系统，还包括无线通信装置，且所述无线通信装置与所述中央控制电路电连接。

此外，所述太阳能路灯供电系统的外壳材料为铝，能够屏蔽外界电磁波对内部电路影响和内部产生的电磁波向外辐射，并增强散热。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

设计图

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