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60w太阳能路灯设计方案汇总(四款模拟电路设计原理图详解) - 太阳能电路

TAG 60w太阳能路灯设计方案汇总(四款模拟电路设计原理图详解) - 太阳能电路 2019-5-16 From InterNet By 呆呆 hits

60w太阳能路灯设计方案(一)

1、硬件电路设计

选择DS1302计时器、AT24C02存储器、4位数码显示器、过充过放电路、STC12C2051单片机等组成智能控制系统。根据各部分电路的功能不同,整体电路可分为以下几个部分:太阳能电池板组件、过充过放电路、STC12C2051单片机、蓄电池、时控光控电路、照明负载和时间显示电路。

1.1、电源电路设计

电源电路如图1所示。系统由太阳能电池板供电,24V蓄电池电压经过7805稳压后产生5V电压,作为控制器的主电源。电容C2作为高频旁路电容,将高频信号旁路到地。同样电容C1为滤波电容。

60w太阳能路灯设计方案汇总(四款模拟电路设计原理图详解)

1.2、方案选择

采用时钟控器型的路灯控制器,要预先设定开关时间,使路灯按时亮灯、准时熄灯,从而达到自动控制的目的。优点是定时开关预先设定的开关时间不受外界干扰,除本身故障外不会产生误动作。缺点是不能根据季节变化和特殊的天气情况自动变换开关时间,需人工调整开关时间,费时费力,不利于节能。定时开关又分为机械钟表型和电子钟表型,机械钟表型以石英钟为主,走时精准,但是由于机芯内使用塑料齿轮在高温下会变形,从而导致停机现象。

电子钟表型定时开关使用的也较多,常用LR6818、LM8650、LM8561等集成块为中心的电子钟电路。图2为与单片机的连接图,其中VCC1为主电源,VCC2为后备电源。在一般情况下,SCL、I/O、RST与单片机连接实现1302的读写控制。

60w太阳能路灯设计方案汇总(四款模拟电路设计原理图详解)

存储器AT2402的1,2,3脚为空脚,4脚为接地端,5脚为数据端,6脚为时钟端,7脚为写保护端口,8脚为电源。

AT24C02在设计中的作用是掉电存储器,是为防止电源突然断开时,用户信息不会丢失,存储当前设定的信息。AT24C02是Atmel公司的2kB的电可擦除存储芯片,由于AT24C02的数据线和地址线是复用的,采用串口的方式传送数据,所以只用两根线SCL(移位脉冲)和SDA(数据/地址)与单片机传送数据。电压最低可达2.5V,额定电流为1mA,静态电流10μA(5.5V),芯片内的资料可在断电的情况下保存相当长的时间,而且采用8脚的DIP封装,使用方便。其与单片机的连接如图3所示。

60w太阳能路灯设计方案汇总(四款模拟电路设计原理图详解)

太阳能路灯与普通路灯控制电路功能基本相同,均是为了完成晚上亮灯,早晨熄灯以及对蓄电池的充电管理。国内外常用的控制器有单独的光控制型、时钟控器型、经纬型控制器型等,但由于其工作原理不同,各有优缺点。

60w太阳能路灯设计方案(二)

图1所示太阳能灯电路是一种低损耗电路,使用一只7W四引脚CFL(小型荧光灯)和一块12V、7-Ahr密封免维护电池。逆变器的效率大于85%,静态电流小于2mA。它有一个带电池过放电保护功能和过充电保护功能的并联充电控制器。低静态电流、过放电保护功能和过充电保护功能三者确保电池使用寿命很长。逆变器的预热功能可以避免CFL两端变黑,从而延长其使用寿命。这一电路可在农村地区用作一种可靠小巧的便携式光源,在城市用作应急灯系统。并联充电控制器电路包括IC1(低电流2.5V电压基准源LM385)和IC2(LM324比较器)。配有电阻R1 ~ R8和三极管Q1的IC2A可防止电池过放电。

60w太阳能路灯设计方案汇总(四款模拟电路设计原理图详解)

图1

这种太阳能供电的电灯驱动器可用作应急灯系统。

当电池电压低于10.8V时,该电路切断负载(逆变器和灯管),从而防止电池过放电。在无负载状况下,电池放电后的电压约为12.2V,因此,为防止出现振荡现象,电路提供的过放电复位电压为12.3V。红发光二极管LED1指示低电压状态。配有电阻R9 ~ R14和三极管Q2的IC2B可防止电池过充电。当电池电压超过14.8V时,Q2导通,并使太阳能电池阵列旁流,从而防止电池过充电。当电池电压低于12.5V时,Q2截止,太阳能板电池阵列对电池进行充电。D2为一支反向阻隔二极管。它能防电池在太阳能电池不产生电能时对太阳能电池放电。黄发光二极管LED2指示电池充满电。绿发光二极管LED3与IC2c和电阻R15 ~ R20一起,提供充电指示。

60w太阳能路灯设计方案(三)

用PIC12F675单片机制作的太阳能路灯控制器

60w太阳能路灯设计方案汇总(四款模拟电路设计原理图详解)

PIC 12F675控制蓄电池的过充电、过放电,开、关路灯功能,定时点亮、天黑自动点亮、延时点亮、自动跟踪点亮等功能,路灯点亮测试控制功能,LED指示功能等。

由蓄电池 BTl 、蓄电池过充电控制执行场效应管 01 、三端稳压器 U1 组成电源供电系统; Q2 、 Q4.组成放电控制;K1 手动, R_GM1 光控自动开灯系统,蓄电池分压电阻,发光指示二极管等部分组成。太阳能电池板电压由接口J3输入.经防反充二极管 D1 后分成两路,一路经 U1 LM 78L 05 稳压后,为 PIC 12F675单片机提供工作电源,另一路经 FB 保险丝给蓄电池充电。单片机上电后,首先由 Rf 、 Cf组成的硬件电路进行复位.然后由软件控制U2 ③脚 GP4 输出高电平,让 Q4 导通、 Q2 截止,控制系统停止放电,再检测 U2⑦脚 GP0 上的分压值,通过内部 A/ D 转换及软件运算间接检测、判断蓄电池是否欠压、过压.若蓄电池发生过充电,则通过软件控制U2 ②脚 GP5 输出高电平,使 Q1导通.短路太阳能电池板、停止向蓄电池充电,同时点亮“过充电”指示灯 LED2;若未发生过充电,则 U2 ②脚 GP5输出低电平,允许蓄电池充电。通过检测 U2 ⑥脚 GP1 所接的光敏电阻R_GM1上的分压值,判断是否已经“天黑,到了开路灯时间”,若到了预设的开灯点,则由软件控制 u2 ③脚 GP4 输出低电平,使 Q4截止、02 导通,点亮路灯。若不到开灯点,则程序返回,循环检测上述诸参数。

K1 是手动开灯按钮。按下 K1 ,路灯点亮。单片机通过检测光敏电阻R_GM1上的分压值,判断是否“天黑”,若是天黑.则按设计要求点亮路灯,若否,单片机进入路灯控制器“测试”功能:2分钟后路灯自动熄灭。

60w太阳能路灯设计方案(四)

电路原理见图所示。该电路由以U5为核心组成的蓄电池过充电控制电路、以 U 4A ~U4D为核心组成的蓄电池电压指示电路及显示电压按钮开关 KS1 电路、以 U1B 组成的蓄电池过放电控制电路、以 U1A组成的开灯检测控制电路、以 U2 组成的开灯及延时熄灯及二次开灯定时控制电路,以及以控制三极管Q2驱动继电器组成的输出控制电路等组成。现分别介绍如下。

60w太阳能路灯设计方案汇总(四款模拟电路设计原理图详解)

(1) 过充电、过放电检测保护部分

太阳能电池组件板或阵列由插口 CZ1 的①脚输入,加至防反充电二极管 D2 的正极.D2的负极接 12V 蓄电池的正极,即 CZ1 的③脚。控制器在初始上电时,由于 C4 的作用使 U5②脚为低电平,③脚输出高电平,Q7 导通; Q8 截止,允许太阳能电池给蓄电池充电。当蓄电池所充的电压小于 14 . 4V 时,由R13 、 (R38 十R39) 组成的串联分压电路送至 U5 ②、⑥电压低于 2 / 3 U5 的供电电压时,即小于6V,电路维持充电状态;随着充电时间的延长,蓄电池电压逐渐升高,当 U5 ②、⑥的电压高于 2 / 3 U5 供电电压时,U5③脚输出低电平, Q7 截止、 Q8 导通,给太阳能电池板泄放电流,停止对蓄电池充电。在U5③脚输出低电平的状态下,其⑦脚导通,相当于将 1140 并入电路中。此时电路的分压比为: R38+ R39/R40/IRl3+(R38+R39)/R40 ,不难算出,当蓄电池电压低于设定值13V时.电路状态再次翻转,U5③脚输出高电平,允许蓄电池充电。

(2) 开灯检测方法与控制

太阳能电池板是一个很好的光敏元件,其输出电流、电压能随着接受光的强度和照度变化而变化,本控制器就是利用这一原理实现开、关灯控制的。太阳能电池板PVin 输入电压经 R5 、 R6 串联分压后;加至运放 U 1A ②脚,其③脚接于 R9 、R8+VR1的分压点上。在白天,太阳能电池板在阳光的照射下输出电压很高,其经 R5 、 R6 分压后使运放 U 1A②脚电压高于③脚, U 1A①脚输出低电平, Q1 截止, U2 无供电电压不工作,Q2截止,继电器不吸合,系统无输出电压,路灯不工作。随着天色渐黑,太阳能电池板输出电压降低。 UlA ②脚的电压也同步降低,当 U1A②脚电压低于③脚时,比较器翻转, U 1A ①脚输出高电平, Q1 导通,定时电路 U2 得电工作, Q2 导通、JDQ1吸合点亮路灯。图中 VR1 为路灯开灯时刻设置调节电位器,调节 VRl 可设置不同时刻点亮路灯。DW1是钳位二极管,作用是避免白天太阳能电池板接受的电压过高导致 U 1A ②脚输入电压过高而损坏。 C1 为储能电容,作用是防止 U1A②脚电压瞬时突变误点亮路灯。 R14 为反馈电阻.其作用是使 U 1A 成为一个迟滞比较器.防止和避免 U1A在开灯点附近振荡而反复开、关路灯。

(3) 路灯延时电路点亮、熄灭控制电路

延时控制电路选用 CD4541BE 可编程定时控制芯片,它功耗低、内置可编程分频器电路,最大分频级数为 65536 级。

本控制器设计定时开灯和定时关灯时间调节范围是: 2 . 093 小时 -11 . 93 小时.分别由 V : R2 和VR3控制调节。

(4) 蓄电池停止放电优先控制电路

若在路灯欲点亮或已点亮时,蓄电池电压已经低于其允许终止放电值时, Q4 导通.此时无论 U 1A 输出高电平与否,均会使Q1截止,从而保护蓄电池避免过放电损坏。

(5) 电池电压指示电路

为了让现场看管、维护人员及时了解、掌握蓄电池的状态,本控制器设有 LED 电池电压指示装置,通过LLED点亮的数量指示蓄电池电压的高低。

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