基板封裝的風(fēng)光互補(bǔ)LED照明控制器設(shè)計(jì)

1 引言

目前，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)展較快，風(fēng)光互補(bǔ)控制器種類較多，但真正能很好的達(dá)到經(jīng)濟(jì)性?？煽啃院桶踩缘南到y(tǒng)還不多，其主要的原因之一是沒有一個(gè)良好的控制系統(tǒng)。風(fēng)光互補(bǔ)照明控制器工作在戶外環(huán)境中，是風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的核心，對控制器的技術(shù)要求較高，在滿足使用功能的前提下還要做到控制智能化?？煽炕?。壽命長。穩(wěn)定性好。

常規(guī)的光伏控制器在蓄電池充滿以后，會(huì)啟動(dòng)開路保護(hù)模式，斷開太陽能電池板與蓄電池的充電回路，達(dá)到保護(hù)蓄電池的作用。但是對風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)而言，在蓄電池過充時(shí)風(fēng)機(jī)是不能直接進(jìn)行開路保護(hù)，一般都是采用卸荷器對風(fēng)機(jī)進(jìn)行剎車。

本文通過深入研究風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)工程應(yīng)用存在的問題，結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了一種基于新型基板封裝的風(fēng)光互補(bǔ)LED照明控制器設(shè)計(jì)方法，其采用新穎的電路和特殊的電路封裝方式，很好的解決目前現(xiàn)有風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)出現(xiàn)的剎車故障問題，提高了風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)的可靠性。

2系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示，風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)。太陽能電池板。蓄電池?？刂破骱托逗善鞯任宕蟛糠纸M成。

整個(gè)系統(tǒng)中，控制器的功能主要包括蓄電池的充放電管理.LED燈的通斷及全功率/半功率控制。風(fēng)機(jī)的充電及卸荷控制。系統(tǒng)軟硬件方面的保護(hù)等。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1控制器原理

風(fēng)光互補(bǔ)控制器按功能模塊分為控制電路與功率電路，如圖2所示。

控制電路包括單片機(jī).AD轉(zhuǎn)換電路。顯示按鍵電路.10驅(qū)動(dòng)電路。硬件保護(hù)電路和接口電路；功率電路板采集到的蓄電池。太陽能電池板.LED燈的電壓和電流信號(hào)通過接口電路送入AD轉(zhuǎn)換電路，AD轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠識(shí)別的信號(hào)，送人單片機(jī)，由單片機(jī)對轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進(jìn)行處理，然后給出控制指令，發(fā)送給顯示按鍵電路和IO驅(qū)動(dòng)電路；功率電路包括蓄電池電路。太陽能電池板電路.LED燈電路。風(fēng)力發(fā)電機(jī)電路。卸荷比較電路。風(fēng)機(jī)卸荷電路和接口電路，外部設(shè)備蓄電池。太陽能電池板.LED燈分別連接到蓄電池電路。太陽能電池板電路和LED燈電路，經(jīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)電路輸出的電壓信號(hào)送入卸荷比較電路，由卸荷比較電路比較，并發(fā)出控制指令至風(fēng)機(jī)卸荷電路。

3.2常規(guī)卸荷控制方法

在風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)中，當(dāng)蓄電池過充或風(fēng)速過高時(shí)需要對風(fēng)機(jī)進(jìn)行剎車，常用的保護(hù)控制方法是經(jīng)過控制器AD轉(zhuǎn)換電路采集風(fēng)機(jī)整理輸出電壓，通過單限比較電路來判斷風(fēng)機(jī)卸荷與否。

如圖3所示，Vcc-Wind.GND-Wind分別為風(fēng)機(jī)整流后的輸出端，LM393D為比較芯片，2腳為比較器輸人參考電壓端.3腳通過分壓電阻R23.R24將風(fēng)機(jī)輸入電壓輸入到3腳.TVS為穩(wěn)壓。防沖擊二極管，CIO為濾波電容。通過比較風(fēng)機(jī)整流后的電壓來產(chǎn)生門控型號(hào)Gate Shunt輸出高，低電平來控制是否卸荷。

如圖3所示，單限比較器很靈敏，理想情況下比較器的輸入電壓達(dá)到參考電壓時(shí)，比較器切換輸出狀態(tài)，但是實(shí)際情況下風(fēng)能隨機(jī)性較大，產(chǎn)生的電壓斷斷續(xù)續(xù)，比較器的開關(guān)特性為非線性，于是會(huì)造成比較器平繁的切換狀態(tài)，抗干擾能力比較差。

這時(shí)控制風(fēng)機(jī)卸荷的MOS開關(guān)管處于導(dǎo)通與半導(dǎo)通狀態(tài)，MOS容易燒毀，造成控制器的損壞。

3.3新的卸荷控制方法

如圖4所示，根據(jù)圖3中單限比較器抗干擾能力差，我們引人滯回比較電路。通過輸出引腳1反饋到引腳3，電路的輸出特性在兩個(gè)閾值區(qū)間，在這個(gè)區(qū)間兩個(gè)閾值點(diǎn)間進(jìn)行卸荷功能切換。不會(huì)頻繁切換工作狀態(tài)，提高了比較器的穩(wěn)定性，因而也就具有一定的抗干擾能力。其中12V為比較器的供電電壓，RMl為輸出端上拉電阻，R23.R25為分壓電阻，引腳2為參考電壓。

通過長期試驗(yàn)與工程應(yīng)用，采用滯回比較電路的卸荷預(yù)判系統(tǒng)能夠完善的保護(hù)控制器內(nèi)部開關(guān)元器件，挺高卸荷性能的穩(wěn)定性，達(dá)到實(shí)際工程應(yīng)用的要求。

4基板封裝技術(shù)

饋到引腳3，電路的輸出特性在兩個(gè)閾值區(qū)間，在這個(gè)區(qū)間兩個(gè)閾值點(diǎn)間進(jìn)行卸荷功能切換。不會(huì)頻繁切換工作狀態(tài)，提高了比較器的穩(wěn)定性，因而也就具有一定的抗干擾能力。其中12V為比較器的供電電壓，RMl為輸出端上拉電阻，R23.R25為分壓電阻，引腳2為參考電壓。

通過長期試驗(yàn)與工程應(yīng)用，采用滯回比較電路的卸荷預(yù)判系統(tǒng)能夠完善的保護(hù)控制器內(nèi)部開關(guān)元器件，挺高卸荷性能的穩(wěn)定性，達(dá)到實(shí)際工程應(yīng)用的要求。

在風(fēng)光互補(bǔ)照明系統(tǒng)中，通過太陽能電池板。風(fēng)力發(fā)電機(jī)對蓄電池充電過程中會(huì)產(chǎn)生大量的能量轉(zhuǎn)換，其中一部分能量通過熱能消耗掉，這對系統(tǒng)電路的穩(wěn)定性帶來很大風(fēng)險(xiǎn)，特別是在炎熱的夏天，戶外溫度達(dá)到40多少度，當(dāng)控制器進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換或風(fēng)機(jī)卸荷時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果不能及時(shí)的進(jìn)行散熱，控制器內(nèi)部電子元件會(huì)隨溫度的上升而改變特性，導(dǎo)致控制器燒毀。

通過控制器電路設(shè)計(jì)規(guī)格，自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)成鋁基板封裝電路板。其獨(dú)特的金屬鋁板，具有良好的導(dǎo)熱性。電氣絕緣性能和機(jī)械加工性能?？焖偕l(fā)風(fēng)速很大時(shí)控制器功率過大損耗的熱量，可承受大電流和高溫度循環(huán)等沖擊，使風(fēng)光互補(bǔ)控制器具有高可靠性。低成本。低功耗等特點(diǎn)。

如圖5所示，控制器外部主要由外殼1.鋁基板2和散熱器3組成，鋁基板2位于外殼1底部，散熱器3與鋁基板2緊密貼合在一起。鋁基板2與散熱器3相接觸面涂有導(dǎo)熱硅脂，可承受大電流和高溫沖擊，控制器功率電路直接焊接在鋁基板上，鋁基板與散熱器相連，利于散熱。

通過長期試驗(yàn)與工程應(yīng)用，采用鋁基板封裝的風(fēng)光互補(bǔ)控制器在散熱性能上是一般控制器的10倍，能夠快速散發(fā)熱量，保護(hù)控制器。

5 結(jié)論

新型基板封裝的風(fēng)光互補(bǔ)LED照明控制器通過新型基板封裝技術(shù)以及智能卸荷模塊的接入功能，解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)過速造成的損害。這種方案一方面解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)過速制動(dòng)剎車?？焖偕幔硪环矫嬉蔡岣唢L(fēng)能，太陽能供電可靠性和電能質(zhì)量。

同時(shí)，該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)潮流的控制，從而達(dá)到一定程度的削峰填谷的作用，既緩解了用電矛盾，也改善了電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)。
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