一种短路保护电路及太阳能路灯系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能技术领域，特别是涉及一种短路保护电路及太阳能路灯系统。

背景技术：

太阳能LED路灯系统由太阳能路灯控制器、太阳能电池板、蓄电池及LED路灯组成，随着太阳能技术的发展，太阳能路灯已经越来越多的被广泛应用。其中，LED升压恒流一体的太阳能路灯控制器的保护功能包括低电压保护、过流保护、短路保护、过温保护、过压保护等，短路保护是太阳能路灯控制器的基本功能之一，尤其是负载输出端短路时能否快速有效的保护控制器本身及蓄电池是衡量太阳能路灯控制器是否合格的一项重要指标。太阳能路灯控制器在安装过程中，如果操作人员首先将蓄电池连接到太阳能路灯控制器上，控制器的负载输出端未妥善处理的话，极有可能将负载输出端的正负极短路，由于负载输出端的电压较高(最高可达60V)，短路瞬间可以产生极大的电流。如果控制器保护不及时导致短路时间过长的话，有可能会引起电池燃烧，造成火灾，严重情况还会引起爆炸。

现有技术中，通常采用在负载输出端串联一个1～5mΩ的大功率电阻，利用控制器中的单片机检测电阻两端的电压，如果超过某一设定值就认为负载短路，同时关断负载输出端的输出，从而避免长时间短路。但是负载输出端串联电阻的方式会增加放电回路的阻抗，影响放电效率。

由此可见，如何当负载输出端发生短路时，如何能及时关断负载输出端的输出，并且不增加放电回路的阻抗和降低放电效率是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种短路保护电路及太阳能路灯系统，用于当负载输出端发生短路时，能及时关断负载输出端的输出，并且不增加放电回路的阻抗和降低放电效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种短路保护电路，包括NPN三极管，NMOS管，电容，第一电阻，所述NMOS管设置在负载和供电电源之间的供电回路上，所述NPN三极管的基极与负载开关端连接以接收开关信号，所述NPN三极管的集电极与所述NMOS管的栅极连接，所述NPN三极管的发射极接地，所述NMOS管的漏极与负载的一端和所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述供电电源和所述NMOS管的源极连接，所述电容和所述第一电阻并联。

优选地，还包括第二电阻，所述第二电阻与所述NPN三极管的集电极和用于提供偏置电压的电源连接。

优选地，还包括第三电阻，所述第三电阻与所述负载开关端和所述NPN三极管的基极连接。

优选地，还包括第四电阻，所述第四电阻的两端分别与所述供电电源的负极和与所述第一电阻和所述电容的公共端连接。

优选地，所述负载开关端为用于控制所述短路保护电路的控制器的信号输出端。

优选地，所述控制器为MCU，所述信号输出端输出高电平信号或低电平信号。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种太阳能路灯系统，包括太阳能控制器，负载，蓄电池和太阳能电池板，还包括所述的短路保护电路，所述太阳能控制器的信号输出端作为负载开关端，所述蓄电池和所述太阳能电池板作为供电电源与所述短路保护电路连接。

优选地，还包括与所述太阳能控制器连接的报警装置。

优选地，所述报警装置为指示灯或蜂鸣器。

本实用新型所提供的短路保护电路，包括NPN三极管，NMOS管，电容，第一电阻，NMOS管设置在负载和供电电源之间的供电回路上，NPN三极管的基极与负载开关端连接以接收开关信号，NPN三极管的集电极与NMOS管的栅极连接，NPN三极管的发射极接地，NMOS管的漏极与负载的一端和第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与供电电源和NMOS管的源极连接，电容和第一电阻并联。由此可见，本电路所使用的元件成本较低，且不会增加放电回路的放电效率，当发生短路后可以快速反应，有效保护所在供电回路以及供电电源的安全，延长使用寿命。此外，本实用新型还提供一种包含该短路保护电路的太阳能路灯系统，有益效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种短路保护电路的结构图；

图2为本实用新型提供的另一种短路保护电路的结构图；

图3为本实用新型实施例公开的一种太阳能路灯系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。

本实用新型的核心是提供一种短路保护电路及太阳能路灯系统，用于当负载输出端发生短路时，能及时关断负载输出端的输出，并且不增加放电回路的阻抗和降低放电效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

在具体实施中，负载可以选用LED灯。LED灯具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点，因此，LED灯是节能改造的最佳选择，LED灯工作时需要恒定电流，因此要求太阳能路灯控制器具有恒流输出的功能。

由于单个LED灯的功率较低，为了获得大功率，需要多个LED串并联后使用。以正向电压Vf为3.0V，电流300mA的LED灯珠为例，若用户的LED灯采用10串3并的连接方式，则LED灯需要电压30V左右，电流0.9A(300mA*3)的条件下才可以正常工作，这个电压高于蓄电池电压，因此太阳能路灯控制器放电状态工作时需要同时具备升高电池电压及输出恒定电流的功能，称为升压恒流一体。

太阳能路灯控制器：将太阳能充电控制和LED升压恒流控制集合成一个产品，控制整个系统的工作状态，白天时将太阳能电池板的能量给蓄电池充电，晚上点亮LED路灯照明，并对蓄电池起到过充、过放保护。

太阳能路灯系统中的短路保护是指太阳能控制器处于放电状态且负载端正常输出时，由于负载损坏或者操作失误导致控制器的输出端正负极直接相连，瞬间可以产生极大的电流，控制器此时需要立即关断负载，保护自己及蓄电池，防止控制器损坏和引起事故。因此，本实用新型就是解决在负载短路的情况下，如何实现对太阳能路灯系统进行保护。

图1为本实用新型提供的一种短路保护电路的结构图。如图1所示，短路保护电路包括NPN三极管Q2，NMOS管Q1，电容C1，第一电阻R1。NMOS管Q1设置在负载和供电电源之间的供电回路上，NPN三极管Q2的基极B与负载开关端连接以接收开关信号，NPN三极管Q2的集电极C与NMOS管Q1的栅极G连接，NPN三极管Q2的发射极E接地，NMOS管Q1的漏极D与负载的一端和第一电阻R1的第一端连接，第一电阻R2的第二端与蓄电池和NMOS管Q1的源极S连接，电容C1和第一电阻R1并联。

可以理解的是，如果在太阳能路灯系统中，则短路保护电路所用的供电电源就是太阳能电池板或蓄电池，图1中，以蓄电池为例。另外，该短路保护电路也可以应用于其它场景，本实施例不再赘述。

短路保护的工作原理为：

当需要负载关断时，控制负载开关端输出高电平，NPN三极管Q2导通，NMOS管Q1的栅极G驱动电压为0，此时，NMOS管Q1关闭，因此，负载的供电回路是断开的，则负载端无输出。

当需要负载打开时，控制负载开关端输出低电平，NPN三极管Q2截止，NMOS管Q1的栅极G驱动电压为高电平，NMOS管Q1导通，因此，负载的供电回路是闭合的，则负载端有正常输出。

然后负载开关端变为输入模式，检测NPN三极管Q2基极电平状态。NMOS管Q1导通后，只要负载不短路并且没有大电流通过，NMOS管Q1的漏极D电压就会很小，NPN三极管Q2的基极B的电压也很小，从而NPN三极管Q2继续截止，NMOS管Q1继续导通。

当负载短路后，蓄电池正负极经过NMOS管Q1后产生较大电流I，NMOS管Q1两端产生压降Vds，漏极D端会有高电压，由于电容C1两端电压不能突变，电容需要继续保持短路前的低电平电压，这样NPN三极管Q2的基极B端的电压突变到高电压，使NPN三极管Q2快速导通，从而使NMOS管Q1的栅极驱动电压变为0，NMOS管Q1关闭，则负载所在的供电回路断开。

在图1所示的电路中，利用电容两端的电压不能突变的原理，可以有效减短大电流经过NMOS管Q1的时间，避免损坏。

本实施例提供的短路保护电路，包括NPN三极管，NMOS管，电容，第一电阻，NMOS管设置在负载和供电电源之间的供电回路上，NPN三极管的基极与负载开关端连接以接收开关信号，NPN三极管的集电极与NMOS管的栅极连接，NPN三极管的发射极接地，NMOS管的漏极与负载的一端和第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与供电电源和NMOS管的源极连接，电容和第一电阻并联。由此可见，本电路所使用的元件成本较低，且不会增加放电回路的放电效率，当发生短路后可以快速反应，有效保护所在供电回路以及供电电源的安全，延长使用寿命。

图2为本实用新型提供的另一种短路保护电路的结构图。如图2所示，在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，还包括第二电阻R2，第二电阻R2与NPN三极管Q2的集电极C和用于提供偏置电压的电源V连接。

通过增加第二电阻R2，为NPN三极管Q2的集电极C起到限流的作用。至于第二电阻R2的阻值选取可以根据电路的实际使用场景选取，本实施例不再赘述。

在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，还包括第三电阻R3，第三电阻R3与负载开关端和NPN三极管Q2的基极B连接。

通过增加第三电阻R3，为NPN三极管Q2的基极B起到限流的作用。至于第三电阻R3的阻值选取可以根据电路的实际使用场景选取，本实施例不再赘述。

在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，还包括第四电阻R4，第四电阻R4的两端分别与供电电源的负极和与第一电阻R1和电容R2的公共端连接。

通过增加第四电阻R4，为电容C1和第一电阻R1起到限流的作用。至于第四电阻R4的阻值选取可以根据电路的实际使用场景选取，本实施例不再赘述。

在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，负载开关端为用于控制短路保护电路的控制器的信号输出端。

由于上述短路保护电路需要根据负载开关端的信号来实现短路保护，本实施例中选取采用控制器来控制，控制器的信号输出端作为负载开关端。另外，优选的，控制器为MCU，信号输出端输出高电平信号或低电平信号。

图3为本实用新型实施例公开的一种太阳能路灯系统的结构图。在上述实施例中，详细描述了短路保护电路对应的实施例，本实用新型还公开一种包含该短路保护电路的太阳能路灯系统，即将短路保护电路应用于太阳能路灯系统中。如图3所示，太阳能路灯系统包括太阳能控制器1，负载2，蓄电池3和太阳能电池板4，还包括上述实施例所述的短路保护电路5，太阳能控制器的信号输出端作为负载开关端，蓄电池3和太阳能电池板4作为供电电源与短路保护电路5连接。

在具体实施中，太阳能电池板4和蓄电池3不是同时为短路保护电路5供电，在同一时间内，要么是蓄电池3供电，要么是太阳能电池板4供电。

由于在上述实施例中，详细描述了短路保护电路的实施方式，因此本实施例不再赘述。

本实施例提供的太阳能路灯系统，包括太阳能控制器，负载，蓄电池和太阳能电池板，和短路保护电路。短路保护电路包括NPN三极管，NMOS管，电容，第一电阻，NMOS管设置在负载和供电电源之间的供电回路上，NPN三极管的基极与负载开关端连接以接收开关信号，NPN三极管的集电极与NMOS管的栅极连接，NPN三极管的发射极接地，NMOS管的漏极与负载的一端和第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与供电电源和NMOS管的源极连接，电容和第一电阻并联。由此可见，短路保护电路所使用的元件成本较低，且不会增加放电回路的放电效率，当发生短路后可以快速反应，有效保护所在供电回路以及供电电源的安全，延长使用寿命。

在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，还包括与太阳能控制器1连接的报警装置。

在具体实施中，太阳能控制器1的引脚检测到NPN三极管Q2的基极B端有高电压时，就认为负载输出端短路，发出报警信号提示用户。优选的，报警装置为指示灯或蜂鸣器。

以上对本实用新型所提供的短路保护电路及太阳能路灯系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。