[发明专利]智能化太阳能LED路灯

说明书

本发明是申请号为201510640937X、申请日为2015年10月3日、发 明名称为“智能化太阳能LED路灯”的专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及LED照明领域，尤其涉及一种智能化太阳能LED路灯。

背景技术

LED路灯与常规路灯不同的是，LED光源采用低压直流供电、由GaN 基功率型蓝光LED与黄色合成的高效白光，具有高效、安全、节能、环保、 寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，可广泛应用于道路。外罩 可用制作，耐高温达135度，耐低温达-45度。

现有技术中，LED路灯大批量应用还存在以下几个难点需要克服： LED路灯对供电设备要求较高，在为了节能环保而使用自然界的能源时， 缺少一套能兼顾太阳能和风能的具体供电电路，以保障在自行充电的情况 下LED路灯的持续供电；如何进行太阳能和风能之间供电的灵活切换；以 及如何优化现有的太阳能供电结构和风能供电结构，以提高供电效率。

为此，本发明提出了一种智能化太阳能LED路灯，一方面，能够提供 兼顾太阳能和风能的优化供电电路对LED路灯进行可靠的自行充电，另一 方面，能够科学地根据太阳能的具体情况，启动太阳能供电和风能供电之 间的灵活切换，从而全面提高LED路灯的充电效率。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种智能化太阳能 LED路灯，引入与太阳能电板的电能输出接口连接的电压采集设备，以根 据太阳能电板的输出电压提供太阳能供电和风能供电之间的充电切换控 制信号，同时设计了一套具体供电电路以可靠地兼容太阳能和风能两种供 电模式。

根据本发明的一方面，提供了一种智能化太阳能LED路灯，所述LED 路灯包括LED灯管、ARM9处理芯片、电压采集设备、光电池和铅酸蓄电 池，光电池为铅酸蓄电池充电，充电后的铅酸蓄电池为ARM9处理芯片、 电压采集设备和LED灯管提供电力供应，电压采集设备采集光电池的输出 电压，ARM9处理芯片与电压采集设备连接，根据电压采集设备采集到的 电压控制光电池对铅酸蓄电池的充电。

更具体地，在所述智能化太阳能LED路灯中，还包括：电压采集设备， 设置在灯架顶部，与光电池的电能输出接口连接，用于采集光电池的输出 电压，当输出电压大于等于预设光电池电压阈值时，发出白天判断信号， 当输出电压小于预设光电池电压阈值时，发出黑夜判断信号；光电池，设 置在灯架顶部，具有电能输出接口，用于输出光电池将太阳能转换后的电 能，电能输出接口包括输出正端和输出负端；瞬态电压抑制器，并联在电 能输出接口的输出正端和输出负端之间；第一电阻，其一端连接电能输出 接口的输出正端，其另一端连接第二电阻的一端；第二电阻，其另一端连 接电能输出接口的输出负端；升力风机主结构，设置在灯架顶部，包括三 个叶片、偏航设备、轮毂和传动设备；三个叶片在风通过时，由于每一个 叶片的正反面的压力不等而产生升力，所述升力带动对应叶片旋转；偏航 设备与三个叶片连接，用于提供三个叶片旋转的可靠性并解缆；轮毂与三 个叶片连接，用于固定三个叶片，以在叶片受力后被带动进行顺时针旋转， 将风能转化为低转速的动能；传动设备包括低速轴、齿轮箱、高速轴、支 撑轴承、联轴器和盘式制动器，齿轮箱通过低速轴与轮毂连接，通过高速 轴与风力发电机连接，用于将轮毂的低转速的动能转化为风力发电机所需 要的高转速的动能，联轴器为一柔性轴，用于补偿齿轮箱输出轴和发电机 转子的平行性偏差和角度误差，盘式制动器，为一液压动作的盘式制动器， 用于机械刹车制动；风力发电机，与升力风机主结构的齿轮箱连接，为一 双馈异步发电机，用于将接收到的高转速的动能转化为风力电能，风力发 电机包括定子绕组、转子绕组、双向背靠背IGBT电压源变流器和风力发 电机输出接口，定子绕组直连风力发电机输出接口，转子绕组通过双向背 靠背IGBT电压源变流器与风力发电机输出接口连接，风力发电机输出接 口为三相交流输出接口，用于输出风力电能；整流电路，与风力发电机输 出接口连接，对风力发电机输出接口输出的三相交流电压进行整流以获得 风力直流电压；滤波稳压电路，与整流电路连接以对风力直流电压进行滤 波稳压，以输出稳压直流电压；第三电阻和第四电阻，串联后并联在滤波 稳压电路的正负二端，第三电阻的一端连接滤波稳压电路的正端，第四电 阻的一端连接滤波稳压电路的负端；第一电容和第二电容，串联后并联在 滤波稳压电路的正负二端，第一电容的一端连接滤波稳压电路的正端，第 二电容的一端连接滤波稳压电路的负端，第一电容的另一端连接第三电阻 的另一端，第二电容的另一端连接第四电阻的另一端；第三电容，并联在 滤波稳压电路的正负二端；第五电阻，其一端连接滤波稳压电路的正端； 第一开关管，为一P沟增强型MOS管，其漏极与第五电阻的另一端连接， 其衬底与源极相连，其源极与滤波稳压电路的负端连接；手动卸荷电路， 其两端分别与第一开关管的漏极和源极连接；第一防反二极管，其正端与 滤波稳压电路的正端连接，其负端与第一开关管的漏极连接；第二开关管， 为一P沟增强型MOS管，其漏极与滤波稳压电路的正端连接，其衬底与 源极相连；第二防反二极管，其正端与第二开关管的源极连接；第四电容 和第五电容，都并联在第二防反二极管的负端和滤波稳压电路的负端之 间；第三防反二极管，并联在第二防反二极管的负端和滤波稳压电路的负 端之间；第三开关管，为一P沟增强型MOS管，其漏极与第三防反二极 管的负端连接，其衬底与源极相连；第四防反二极管，并联在第三开关管 的源极和滤波稳压电路的负端之间；第一电感，其一端与第三开关管的源 极连接；第六电容和第七电容，都并联在第一电感的另一端和滤波稳压电 路的负端之间；第五防反二极管，并联在第一电感的另一端和滤波稳压电 路的负端之间；铅酸蓄电池，并联在电能输出接口的输出正端和输出负端 之间，同时其正极与第五防反二极管的负极连接，其负极与第五防反二极 管的正极连接；继电器，位于LED灯管和铅酸蓄电池之间，通过是否切断 LED灯管和铅酸蓄电池之间的连接来控制LED灯管的打开和关闭；光耦， 位于继电器和ARM9处理芯片之间，用于在ARM9处理芯片的控制下， 决定继电器的切断操作；电压检测器，用于实时检测铅酸蓄电池的充电电 压；电流检测器，用于实时检测铅酸蓄电池的充电电流；太阳能充电控制 器，与电能输出接口、铅酸蓄电池、电压检测器和电流检测器分别连接， 在检测到电能输出接口对铅酸蓄电池供电时，当接收到的充电电压小于预 设蓄电池电压阈值时，采用恒流充电方式对铅酸蓄电池进行充电，当接收 到的充电电压大于等于预设蓄电池电压阈值且接收到的充电电流大于等 于预设蓄电池电流阈值时，采用恒压充电方式对铅酸蓄电池进行充电，当 接收到的充电电压大于等于预设蓄电池电压阈值且接收到的充电电流小 于预设蓄电池电流阈值时，采用浮充充电方式对铅酸蓄电池进行充电； ARM9处理芯片，与电压采集设备连接，当接收到黑夜判断信号，断开太 阳能输出接口对铅酸蓄电池的充电，打通风力发电机输出接口对铅酸蓄电 池的充电，当接收到白天判断信号，打通太阳能输出接口对铅酸蓄电池的 充电，断开风力发电机输出接口对铅酸蓄电池的充电；其中，ARM9处理 芯片还与第二开关管的栅极和第三开关管的栅极分别连接，通过在第二开 关管的栅极上施加PWM控制信号，确定第二开关管的通断，以控制风力 发电机输出接口对铅酸蓄电池的充电的通断，还通过在第三开关管的栅极 上施加占空比可调的PWM控制信号，以控制风力发电机输出接口对铅酸 蓄电池的充电电压。