一種并網(wǎng)式LED環(huán)保廣告牌供電系統(tǒng)設(shè)計方案

1.引言

太陽能光伏照明設(shè)備憑借著節(jié)能、環(huán)保、安裝方便的特點，在照明行業(yè)中樹立起重要地位。近年來，隨著商品化市場的不斷完善和發(fā)展，廣告事業(yè)也越做越大，能源投入在廣告事業(yè)上愈來愈多。基于環(huán)保節(jié)能理念，目前市場上已經(jīng)有多家公司生產(chǎn)太陽能廣告牌，但是這些廣告牌一般沒有充分考慮到如何使蓄電池能量轉(zhuǎn)換率最大和使用壽命問題。

本文分析了在市面上流行的控制器沒有充分考慮的一些問題，在此基礎(chǔ)上提出了一套節(jié)能的并網(wǎng)式LED環(huán)保廣告牌供電系統(tǒng)設(shè)計方案。

2.并網(wǎng)式LED環(huán)保廣告牌供電系統(tǒng)總體框圖

并網(wǎng)式LED環(huán)保廣告牌供電系統(tǒng)是由太陽能電池、市電、鉛酸蓄電池、LED燈、驅(qū)動電路和控制器等部分組成。一套基本并網(wǎng)式LED環(huán)保廣告牌供電系統(tǒng)，原理框圖如圖1所示。

(1)太陽能電池板是并網(wǎng)式LED環(huán)保廣告牌供電系統(tǒng)的能量主要來源，作用是將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，存儲于鉛酸蓄電池。

(2)控制電路控制鉛酸蓄電池的充電階段，實現(xiàn)對電池的涓流、恒流、過充電、浮充電模式，同時控制蓄電池和市電對LED廣告牌的供電情況。

(3)鉛酸蓄電池用于能源存儲，供LED廣告牌使用。

本系統(tǒng)主要從以下幾點來完成節(jié)能的目的：

(1)以蓄鉛酸電池作為控制系統(tǒng)的能源，減少對市電的消耗，從而實現(xiàn)對清潔能源的充分使用。

(2)根據(jù)光敏電阻的特性，實現(xiàn)控制鉛酸蓄電池充電的大致時間。通常來說，在天氣良好的情況下，中午時分太陽光最強(qiáng)，光能最為充分，太陽能電池板單位時間轉(zhuǎn)換效率最高，此時對鉛酸蓄電池充電，充分利用太陽能，所需的時間最短。

(3)時鐘芯片向單片機(jī)反饋時間信號，單片機(jī)實時控制LED廣告燈夜間工作時間，減少不必要的能源浪費。

(4)廣告燈采用LED燈，其具有電壓低、較之同功率燈亮度高，節(jié)能的特點。

3.控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

3.1 供電電源模塊的設(shè)計

(1)單片機(jī)電源模塊和CN173專用蓄電池充電管理芯片電源模塊的設(shè)計單片機(jī)電源模塊和CN173專用蓄電池充電管理芯片電源模塊電源分別來源于12V鉛酸蓄電池和太陽能電池，采用LM2575T-ADJ作為電壓轉(zhuǎn)化芯片，分別獲得5V和15V穩(wěn)壓電源。

(2)市電對LED廣告牌供電模塊的設(shè)計備用電源220V市電經(jīng)降壓、整流、濾波，得到同鉛酸蓄電池向LED廣告牌供電的同樣大小電壓，使LED廣告燈穩(wěn)定工作。電源模塊電路如圖2所示。

3.2 鉛酸蓄電池充電模塊

針對鉛酸蓄電池的特性，采用適當(dāng)?shù)某潆姺椒▽π铍姵氐氖褂脡勖欠浅Ｖ匾?，本控制系統(tǒng)采用CN3717芯片實現(xiàn)對鉛酸蓄電池進(jìn)行涓流、恒流、過充電和浮充電。當(dāng)電壓低于所設(shè)置過充電壓的81.1%時，CN3717用所設(shè)置的恒流電流的13%對電池進(jìn)行涓流充電。在過沖電階段，充電電流逐漸減小，當(dāng)充電電流降到外部電阻所設(shè)置的值時，CN3717進(jìn)入到浮充電狀態(tài)。

本系統(tǒng)采用光敏電阻實現(xiàn)控制鉛酸蓄電池開始充電的大致時間。光敏電阻為了更好地吸收光，一般情況下制成薄片結(jié)構(gòu)，光的強(qiáng)度越大電阻值就越小，相反，光的強(qiáng)度越小電阻值就越大，并且光敏電阻在高溫，多濕等惡劣環(huán)境下仍能夠穩(wěn)定可靠地工作。針對鉛酸蓄電池充電的啟動時間并不需要精確控制，僅依靠太陽光強(qiáng)度而定，并且成本低廉，適用于太陽能充電管理系統(tǒng)。

3.3 邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計

邏輯控制系統(tǒng)原理如圖3所示，AT89C2051芯片電路如圖4所示。

充電控制：當(dāng)太陽光較為充足時，光敏電阻阻值減小，向P1.4口輸入高電平，單片機(jī)控制P1.5口輸出高電平，Q1導(dǎo)通，CN317芯片得電，控制鉛酸蓄電池充電過程。充電結(jié)束時，CN317芯片DRV端口輸出低電平，充電禁止。天黑時，光敏電阻阻值趨于無窮大，向P1.4口輸入底電平，CN317芯片斷電。

放電控制：時鐘信號向單片機(jī)發(fā)送信號，假設(shè)設(shè)置時間為24小時制，當(dāng)時間為18:00時，單片機(jī)P3.5口檢測鉛酸蓄電池是否處于過放狀態(tài)，當(dāng)蓄電池處于過放電狀態(tài)時，P1.6輸出低電平，Q2截止，P1.7輸出高電平，Q4導(dǎo)通，經(jīng)處理過的市電代替鉛酸蓄電池向LED廣告燈供電。當(dāng)時間為5:00時，單片機(jī)P1.4口輸出低電平。

3.4 并網(wǎng)式LED環(huán)保廣告牌供放電控制系統(tǒng)

并網(wǎng)式LED環(huán)保廣告牌供放電控制在充電控制管理系統(tǒng)的控制下，太陽能組件白天向12V鉛酸蓄電池充電，晚上鉛酸蓄電池給LED廣告燈提供電力，當(dāng)連續(xù)陰雨天或其他情況導(dǎo)致鉛酸蓄電池?zé)o法儲存足夠的能量時，市電可作為輔助電源向LED廣告牌供電。其控制系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

4.結(jié)束語

本文對并網(wǎng)式LED環(huán)保廣告牌供電系統(tǒng)，基于一種適合小規(guī)模供電系統(tǒng)模型上， 提出了一套應(yīng)用于并網(wǎng)式LED環(huán)保廣告牌供電系統(tǒng)的設(shè)計方案。該設(shè)計方案中先介紹充電控制電路，同時也介紹該系統(tǒng)的控制管理方法。該方案所設(shè)計的控制系統(tǒng)具備時控，防反充，針對鉛酸蓄電池智能充電，使鉛酸蓄電池不因過充，過放而迅速減少使用壽命，同時使能源得到充分利用。