专利名称：Pwm方式充电的光控定时双路输出太阳能路灯控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及由太阳能及其蓄电池向负栽供电的电路装置。
背景技术：
太阳能电池能够在白天接收日照，把光能转换成电能并通过蓄电池充电存储，在夜晚供给 太阳能路灯照明。申请号200710023891.2中国发明专利"一种带故障自检显示的太阳能路灯控 制系统"，包括由太阳能电池、蓄电池和灯头组成的充电、照明电路，系统中的太阳能电池并联 设置场效应管Q,后，经过二极管D。,对蓄电池支路充电，由蓄电池提供并列灯头支路的照明电源， 并列的灯头支路上分别设有场效应管02和Q;，所述充电支路以及并列的灯头支路上分別设有采 样电阻Ru、 R<。、 R"系统中的控制电路包括微处理器芯片，微处理器芯片对太阳能电池电压、 蓄电池电压和电流、灯头支路电流取样检测，并由微处理器芯片控制太阳能电池的充电输出和 两路灯头输出；所述的微处理器芯片对系统自检，故障信号通过LCD显示。但是，蓄电池中化 学作用扩散运动慢造成浓度极化，同时，充电中水电解产生H2包围负极，02包围正极，提高了 电极电位，造成电化学极化，降低了蓄电池充电速度。目前，当蓄电池电压超过最大充电电压 的20%--30%时，通过电池产生的大量气体判断控制器是否减小充电电流，这样，不但充电时间 长，而且也不能达到延长电池使用寿命的目的。
发明内容
本发明模拟蓄电池化学反应过程，利用PWM方式调制蓄电池充电电流，目的是提供能够缩 短蓄电池充电时间的光控定时双路输出太阳能路灯控制器。 本发明太阳能路灯控制器，包括 处理器和MOS场效应管构成的蓄电池充电电路； 由微处理器和MOS场效应管构成的路灯控制电路； 其特征是
(1)太阳能电池通过组合连接的MOS场效应管Q5、 Q6与蓄电池同极性端串联，微处理器 PLCC-32的P3. 7端以PWM方式输出的电压脉宽调制脉冲通过晶体三极管Q9、 Q4組成的电阻分 压偶合电路与组合连接的M0S场效应管Q5、 Q6栅极连接，控制蓄电池充电；
(2 )微处理器PLCC-32的PO. 0和PO. 1端通过相互对称的单管放大电路Q2、 Q3与对应的 MOS场效应管Q7、 Q8栅极连接；
(3 )由四位BCD拨码开关Sl与微处理器PLCC-32的PL 5-P1. 7端连接来设定太阳能电池 光敏度电压，由太阳能电池PV-经电阻R118、 R20以电压反馈电路形式与微处理器PLCC-32的 Pl. 1端连接以读取太阳能电池电压，并由微处理器PLCC-32的PO. 0或PO. 1端通过相互对称的 单管力i:大电路Q2、 Q3倒相后控制MOS场效应管Q7或Q8栅源电压，组成光控电路；
其中，拨码开关Sl为关闭光控的充电模式并以间距0. 3V等差数列进行编程，包括 2. 0V-3. 8V七种电压;
(4 )两路路灯开启定时分别由四位BCD拨码开关S2， S3设定，分别输入微处理器PLCC-32 的P2. 0-2. 3端与P2， 4-2. 7端，并由雀4处理器PLCC-32的PO. 0或PO. 1端通过相互对称的单管 放大电路Q2、 Q3倒相后控制MOS场效应管Q7或Q8栅源电压； 以上MOS场效应管为N沟道增强型MOS场效应管。
所述的输入端短路保护电路由电阻R7、三极管Q4与MOS场效应管Q5、 Q6电压并联负反馈 连接。
所述的输出短路及过流保护电路包括MOS场效应管Q7、 Q8,反4赍网络的取样电阻R30、 R31 及稳压管D5、 D6，其中，场效应管Q7、 Q8漏极通过电压反馈网络的取样电阻R30、 R31及二极 管D5、 D6与微处理器PLCC-32的Pl. 2和Pl. 3端连接，微处理器PLCC-32 PO. 0或PO, 1端通过 单管放大电路Q2或Q3与对应的M0S场效应管Q7、 Q8柵极连接；
上述电压反馈网络也可由取样电阻R30、 R31及稳压管D5、 D6构成。
所述的夜间防反充电保护电路由太阳电池PV-经电压反馈网络电阻R118、 R20与微处理器 PLCC-32的PL 1端连接，当太阳电池电压低于蓄电池电压时，微处理器PLCC-32的P3. 7端输 出低电平关断组合连接的MOS场效应管Q5、 Q6。
以上所述的微处理器提供的PWM提供的正脉沖和负脉冲以前后间歇10-5Oms周期循环往复， 正脉冲和负脉冲脉宽为l-5ms。
与现有技术比较，组合连接的Q5、 Q6当输入信号为高电平或低电平稳态时，两个MOS管同 时处于导通或截止状态，使PV-端与蓄电池负端之间形成低阻抗直流通路，空载电流〈20mA，静 态功耗小；另外，两个漏-源之间串联的MOS管Q5、 Q6输出逻辑摆幅约为30V,当微处理器提 供的PWM提供的正脉沖和负脉冲以前后间歇10-50ms周期循环往复时，消除围绕蓄电池电极的 极化电离子，迅速提高或恢复蓄电池电压。
本发明具有的效果是
采用微处理器调整蓄电池PWM充电脉冲宽度，缩短了蓄电池充电时间，蓄电池充电快，初 充电时间50-60小时缩短为约5小时，补充充电时间由原来7-8小时缩短为约1小时；
具有输入、输出过流短路保护功能、当太阳电池或负载出现短路时，控制器会自动切断充 电电路或输出，保护蓄电池和控制器不被损坏。
通过调节电流的脉冲宽度实现蓄电池过充电和过放电保护功能，当电压低于欠压切断电压 时，控制器会自动切断负载来保护电池不过度放电，延长蓄电池使用寿命；
光敏度可调的支持两路负栽同时点亮和分时点亮的光控和时控功能。
时控、光控路灯控制，定时时长和光敏度拨码开关调节。
图l为本发明电路原理图。其中，微处理器为PLCC-32(STC12C5408AD)， Q5、 Q6、 Q7、 Q8 型号IRF120, Q9型号C33740, Ql、 Q5、 Q6型号C337， R30、R31为100KD, R18为15KQ、 R20 为100KD，C5为0. 01 nF， R3、R5为10Kfi, R4、R6为4. 7KQ， R7、R2为100KQ, R13为4. 7K D， R11为390Q, C11、C12为0. 022 /iF , R26-29为4. 7Kn， DS1-DS4分别为绿色、黄色及红 色指示灯，Yl频率为18. 432M。
图2为本发明微处理器控制流程图。
具体实施例方式
以下结合附图1和2对本发明做进一步说明。
(一)本发明基本控制电路
图1中，太阳能电池通过组合连接的N沟道增强型MOS场效应管Q5、 Q6与蓄电池同极性端 串联，微处理器PLCC-32的P3. 7端以PWM方式输出的电压脉宽调制脉冲通过晶体三极管Q9、 Q4组成的电阻分压偶合电路与Q5、 Q6组合连接的N沟道MOS场效应管栅极连接，而微处理器 控制蓄电池充电，其提供的PWM正脉冲和负脉冲以前后间歇10-50ms周期循环往复，正脉冲和 负脉冲脉宽为l-5ms。
」微处理器PLCC-32的PO. Q和PO. 1端通过相互对称的单管放大电路Q2、Q3与对应的N沟道 M0S场效应管Q7、 Q8栅极连接，当PO. 0或PO. 1端输出为低电平时，Q7或Q8栅源电压Vcs〉 Vt, Q7或Q8导通，路灯开启。
由四位BCD拨码开关Sl与微处理器PLCC-32的Pl. 5-Pl. 7端连接以设定太阳电池光敏度电 压，由太阳电池PV-经电阻R21、 R22以电压反馈电路与微处理器PLCC-32的Pl. 1端连接以读 取太阳电池电压，并由微处理器PLCC-32的PO. O或PO. 1端通it^目互对称的单管放大电路Q2、 Q3倒相后控制Q7或Q8栅源电压，组成光控电路。其中，拨码开关Sl为关闭光控的充电模式 以及按0. 3V为等差的数列，包括2. 0、 2.3、 2.6、 2.9、 3.2、 3.5、 3. 8V七种电压。
当傍晚太阳电池电压低于设定的光敏度电压时，微处理器PLCC-32的PO. 0或PO. 1端为低 电平，通过相互对称的单管放大电路Q2、 Q3倒相，Q7或Q8栅源电压Vcs》vt, Q7、 Q8导通，
路灯开启。
当天亮太阳电池电压高于设定的光敏度电压时，微处理器PLCC-32的PO. 0或PO. 1端为高 电平，通过相互对称的单管放大电路Q2、 Q3倒相，Q7或Q8栅源电压Vcs^VT， Q7、 Q8关断， 路灯关闭。
例如，当拨码开关Sl数值等于0时关闭光控，此时本控制器为普通充电控制器；当数值等 于1时太阳板电压低于2V时允许打开负栽。每间隔0. 3 V时允许打开负载。2. 3-3. 8V时允许 打开负栽，对应于拨码开关Sl的2-7BCD码。
负载1和负载2两路路灯开启定时时间分别由四位BCD拨码开关S2, S3设定，分别输入微 处理器PLCC-32的P2. 0-2. 3端与P2. 4-2. 7端，并由微处理器PLCC-32的PO. 0或PO. 1端通过 相互对称的单管放大电路Q2、 Q3倒相后控制Q7或Q8栅源电压。
四位BCD拨码开关S2、 S3用于路灯开启时间的定时设置。
例如，当数值等于0时，负栽l或2在蓄电池欠压或者天亮时关闭；当数值等于1小时-15 小时，负载1打开的时间为1小时-15小时。
(二)输入短路保护电路及输出短路、过流保护电路
图1中，输入端短路保护电路由电阻R7、三极管Q4与M0S场效应管Q5、 Q6电压并联负反 馈连接。当输入端短路时，M0S场效应管Q5、 Q6之间漏源电压降低，R7与Q5漏极连接端电位 降低，由于电流并联负反馈R7的分流，使输入Q4基极的电流减小，Q4电流增益下降，M0S 场效应管栅源电压也随着降低，当Q4集电极电位低于Q5、 Q6组合连接的N沟道增强型M0S场 效应管栅极开启电压Vt时，关断太阳电池和蓄电池连接电路。
Q4集电极串联限流电阻Rll, M0S场效应管Q5、 Q6栅源之间连接稳压管D2，其击穿电压等 于M0S场效应管电源电压15V,当电压超过场效应管栅源之间最大电压时，D2起到电位钳位和 限制电流的作用。
输出短路及过流保护电路包括MOS场效应管Q7、 Q8，反馈网络的取样电阻R30、 R31及稳 压管D5、 D6,其中，场效应管Q7、 Q8漏极通过电压反馈网络的取样电阻R30、 R31及稳压管D5、 D6与孩t处理器PLCC-32的Pl. 2和Pl. 3端连接，微处理器PLCC-32 PO. 0或PO. 1端通过单管放 大电路Q2或Q3与对应的MOS场效应管Q7. Q8栅极连接。该电压反馈网络也可由取样电阻R30、 R31及二极管D5、 D6构成。
输出短路及过流保护电路原理是由微处理器PLCC-32的Pl. 2和P1. 3端通过取样电阻R30、 R31检测场效应管Q7或Q8上电压，当过流或短路时，Q7或Q8漏极瞬时电压降低，R30、 D6或 R31、 D5构成的电压反馈电路输出端电位降低，微处理器PLCC-32 PO. 0或PO. 1端输出高电平 通过单管放大电路Q2或Q3与对应的N沟道MOS场效应管Q7、 Q8栅极关断输出电压。
(三)夜间防反充电保护电路
图1中，夜间防反充电保护电路由太阳电池PV-经电压反馈网络电阻R21及R22与微处理 器PLCC-32的Pl. 1端连接，当太阳电池电压低于蓄电池电压时，微处理器PLCC-32的P3. 7端 输出低电平关断组合连接的N沟道MOS场效应管Q5、 Q6。
(四)显示电路
图1中，与显示功能对应的指示灯分别是绿色工作指示灯亮则系统正常，否则不正常。 红色指示灯亮蓄电池欠压，红灯灭则蓄电池电充满。黄灯为充电指示灯亮全充，黄灯闪烁脉宽 调制充电；黄灯灭停止充电。绿灯1和2为负载指示灯亮则负载输出，绿灯灭则负栽关断。
(五)本发明微处理器控制方式
图2中，连接蓄电池，接负栽及太阳能电池后，绿色工作指示灯亮，黄色充电指示灯亮， 微处理器进入初始化，同时控制程序工作。
由于蓄电池过充电会使电解液中的水不断分解释放H2和02消耗电能，电解液长期冲刷极 板，影响蓄电池使用寿命，而过放电后持续的充电会使极板硫化，也会影响极板寿命。因此， 步骤开始时，Q7、 Q8的输出电流取样电阻R30、 R31通过Pl. 2和Pl. 3端以电压反馈方式给微 处理器PLCC-32,该输入电压信号能够检测蓄电池电压是否为蓄电池保护电压14. 4V±0. IV或28. 8V±0. IV。当蓄电池电压为13. 6V±0. IV或27. 2V土0. IV时，微处理器PLCC-32将调整PWM 为浮充方式；当蓄电池为13. 0V±0. IV或26. 0V±0. IV时，微处理器PLCC-32将调整PWM为强 充方式。
进入模式判断程序。当MOS场效应管Q7由^t处理器PLCC-32检测为10. 8V±0. IV欠压电压 状态或21. 6V土0. IV,或M0S场效应管Q8检测为11. 4V±0. IV或22. 8V土0. IV欠压电压状态， 微处理器PLCC-32的PO. 0或PO. 1端将输出高电平通过单管放大电路Q2或Q3与对应的MOS场 效应管Q7、 Q8栅极关断输出电压，即关负栽。
否则，根据太阳电池PV+经限流电阻R 18及取样电阻R20与微处理器PLCC-32的PI. 1端 连接获得的太阳电池电压PV+与由四位BCD拨码开关SI设定太阳电池光敏度电压比较，当太阳 电池电压低于四位BCD拨码开关SI设定的光敏度电压时，微处理器PLCC-32的PI. 2和PI. 3 端通过取样电阻R30、 R31检测场效应管Q7或Q8上电压，确定是否短路或过栽现象，如果检测 正常，则PO. O或PO. 1端为低电平，Q7或Q8栅源电压Vcs〉VT, Q7、 Q8导通，路灯开启。
否则，太阳电池电压高于拨码开关Sl设定的光敏度电压，控制程序进入路灯模式，返回主 程序进行等待。PO. 0或PO. 1端为低电平，Q7或Q8栅源电压VGS〈VT， Q7、 Q8关断，路灯关闭。
而当i载过流或短路时Q7或Q8漏极电压降低，孩i处理器PLCC-32 PO, 0或PO. 1端输出高 电平通过单管放大电路Q2或Q3与对应的MOS场效应管Q7、 Q8栅极关断输出电压。
以上MOS场效应管均为N沟道增强型MOS场效应管。
权利要求
1.PWM方式充电的光控定时双路输出太阳能路灯控制器，包括处理器和MOS场效应管构成的蓄电池充电电路；由微处理器和MOS场效应管构成的路灯控制电路；其特征是(1)太阳能电池通过组合连接的MOS场效应管Q5、Q6与蓄电池同极性端串联，微处理器PLCC-32的P3.7端以PWM方式输出的电压脉宽调制脉冲通过晶体三极管Q9、Q4组成的电阻分压偶合电路与组合连接的MOS场效应管Q5、Q6栅极连接，控制蓄电池充电；(2)微处理器PLCC-32的PO.0和P0.1端通过相互对称的单管放大电路Q2、Q3与对应的MOS场效应管Q7、Q8栅极连接；(3)由四位BCD拨码开关S1与微处理器PLCC-32的P1.5-P1.7端连接来设定太阳能电池光敏度电压，由太阳能电池PV-经电阻R118、R20以电压反馈电路形式与微处理器PLCC-32的P1.1端连接以读取太阳能电池电压，并由微处理器PLCC-32的P0.0或P0.1端通过相互对称的单管放大电路Q2、Q3倒相后控制MOS场效应管Q7或Q8栅源电压，组成光控电路；其中，拨码开关S1为关闭光控的充电模式并以间距0.3V等差数列进行编程，包括2.0V-3.8V七种电压；(4)两路路灯开启定时分别由四位BCD拨码开关S2，S3设定，分别输入微处理器PLCC-32的P2.0-2.3端与P2.4-2.7端，并由微处理器PLCC-32的P0.0或P0.1端通过相互对称的单管放大电路Q2、Q3倒相后控制MOS场效应管Q7或Q8栅源电压；以上MOS场效应管为N沟道增强型MOS场效应管。
2. 根据权利要求1所述的以PWM方式作为充电电流的光控定时双路输出太阳能路灯控制 器，其特征是输入端短路保护电路由电阻R7、三极管Q4与M0S场效应管Q5、 Q6电压并联负反 馈连接。
3. 根据权利要求1所述的PWM方式充电的光控定时双路输出太阳能路灯控制器，其特征 是输出短路及过流保护电路包括MOS场效应管Q7、 Q8，反馈网络的取样电阻R30、 R31及稳压 管D5、 D6,其中，场效应管Q7、 Q8漏极通过电压反馈网络的取样电阻R30、 R31及二极管D5、 D6与微处理器PLCC-32的Pl. 2和Pl. 3端连接，微处理器PLCC-32 PO. 0或PO. 1端通过^管i文 大电路Q2或Q3与对应的MOS场效应管Q7、 Q8栅极连接；上述电压反馈网络也可由取样电阻R30、 R31及稳压管D5、 D6构成。
4. 根据权利要求1所述的PWM方式充电的光控定时双路输出太阳能路灯控制器，其特征 是夜间防反充电保护电路由太阳电池PV-经电压反馈网络电阻R118、 R20与微处理器PLCC-32 的P1.1端连接，当太阳电池电压低于蓄电池电压时，微处理器PLCC-32的P3. 7端输出低电平 关断组合连接的MOS场效应管Q5、 Q6。
5. 根据权利要求1、2、3或4所述的PWM方式充电的光控定时双路输出太阳能路灯控制器， 其特征是微处理器提供的PWM提供的正脉冲和负脉冲以前后间歇10-50ms周期循环往复，正脉 冲和负脉冲脉宽为l-5ms。
全文摘要
本发明涉及由太阳能蓄电池向负载供电的电路装置，该太阳能电池经组合连接的MOS场效应管Q5、Q6与蓄电池同极性端串联，微处理器PLCC-32的P3.7端以前后间歇10-50ms、脉宽为1-5ms正负脉冲PWM方式输出脉冲通过晶体三极管Q9、Q4组成的偶合电路与组合连接的MOS场效应管Q5、Q6栅极连接来控制蓄电池充电；微处理器P0.0和P0.1端通过相互对称的单管放大电路Q2、Q3与对应的MOS场效应管Q7、Q8栅极连接来控制负载开闭；BCD拨码开关S1设定太阳电池光敏度电压，电压反馈电路R18、R20读取太阳能电池电压；由微处理器P0.0或P0.1端、单管放大电路Q2、Q3组成Q7或Q8光控电路，并具有输入端短路保护电路、输出短路及过流保护电路等。
文档编号H02J7/35GK101351068SQ20081005810
公开日2009年1月21日 申请日期2008年2月19日 优先权日2008年2月19日
发明者普平贵, 杨新星, 杨约葵, 段瑞坚, 海 胡 申请人:云南天达光伏科技股份有限公司