一种并网式LED环保广告牌供电系统设计方案

　　摘要：以太阳能为主，市电为辅的LED环保广告牌供电系统，依据太阳能电池、蓄电池的特性， 本文提出了一种并网式LED环保广告牌供电系统设计方案。为了提高太阳能利用率和电池的使用寿命，该方案采用单片机AT89C2051控制，CN173专用蓄电池充电管理芯片，实现对蓄电池充电过程及对广告牌供电的管理，时钟芯片DS1302进行计时，将时刻反馈到AT89C2051中，控制LED广告牌通电情况。

　　1.引言

　　太阳能光伏照明设备凭借着节能、环保、安装方便的特点，在照明行业中树立起重要地位。近年来，随着商品化市场的不断完善和发展，广告事业也越做越大，能源投入在广告事业上愈来愈多。基于环保节能理念，目前市场上已经有多家公司生产太阳能广告牌，但是这些广告牌一般没有充分考虑到如何使蓄电池能量转换率和使用寿命问题。

　　本文分析了在市面上流行的控制器没有充分考虑的一些问题，在此基础上提出了一套节能的并网式LED环保广告牌供电系统设计方案。

　　2.并网式LED环保广告牌供电系统总体框图

　　并网式LED环保广告牌供电系统是由太阳能电池、市电、铅酸蓄电池、LED灯、驱动电路和控制器等部分组成。一套基本并网式LED环保广告牌供电系统，原理框图如图1所示。

　　

　　（1）太阳能电池板是并网式LED环保广告牌供电系统的能量主要来源，作用是将太阳能直接转化为电能，存储于铅酸蓄电池。

　　（2）控制电路控制铅酸蓄电池的充电阶段，实现对电池的涓流、恒流、过充电、浮充电模式，同时控制蓄电池和市电对LED广告牌的供电情况。

　　（3）铅酸蓄电池用于能源存储，供LED广告牌使用。

　　本系统主要从以下几点来完成节能的目的：

　　（1）以蓄铅酸电池作为控制系统的能源，减少对市电的消耗，从而实现对清洁能源的充分使用。

　　（2）根据光敏电阻的特性，实现控制铅酸蓄电池充电的大致时间。通常来说，在天气良好的情况下，中午时分太阳光强，光能为充分，太阳能电池板单位时间转换效率，此时对铅酸蓄电池充电，充分利用太阳能，所需的时间短。

　　（3）时钟芯片向单片机反馈时间信号，单片机实时控制LED广告灯夜间工作时间，减少不必要的能源浪费。

　　（4）广告灯采用LED灯，其具有电压低、较之同功率灯亮度高，节能的特点。

　　3.控制系统的硬件设计

　　3.1 供电电源模块的设计

　　（1）单片机电源模块和CN173专用蓄电池充电管理芯片电源模块的设计单片机电源模块和CN173专用蓄电池充电管理芯片电源模块电源分别来源于12V铅酸蓄电池和太阳能电池，采用LM2575T-ADJ作为电压转化芯片，分别获得5V和15V稳压电源。

　　（2）市电对LED广告牌供电模块的设计备用电源220V市电经降压、整流、滤波，得到同铅酸蓄电池向LED广告牌供电的同样大小电压，使LED广告灯稳定工作。电源模块电路如图2所示。

　　

　　3.2 铅酸蓄电池充电模块

　　针对铅酸蓄电池的特性，采用适当的充电方法对蓄电池的使用寿命是非常重要的，本控制系统采用CN3717芯片实现对铅酸蓄电池进行涓流、恒流、过充电和浮充电。当电压低于所设置过充电压的81.1%时，CN3717用所设置的恒流电流的13%对电池进行涓流充电。在过冲电阶段，充电电流逐渐减小，当充电电流降到外部电阻所设置的值时，CN3717进入到浮充电状态。

　　本系统采用光敏电阻实现控制铅酸蓄电池开始充电的大致时间。光敏电阻为了更好地吸收光，一般情况下制成薄片结构，光的强度越大电阻值就越小，相反，光的强度越小电阻值就越大，并且光敏电阻在高温，多湿等恶劣环境下仍能够稳定可靠地工作。针对铅酸蓄电池充电的启动时间并不需要控制，仅依靠太阳光强度而定，并且成本低廉，适用于太阳能充电管理系统。

　　3.3 逻辑控制系统设计

　　逻辑控制系统原理如图3所示，AT89C2051芯片电路如图4所示。

　　

　　

　　充电控制：当太阳光较为充足时，光敏电阻阻值减小，向P1.4口输入高电平，单片机控制P1.5口输出高电平，Q1导通，CN317芯片得电，控制铅酸蓄电池充电过程。充电结束时，CN317芯片DRV端口输出低电平，充电禁止。天黑时，光敏电阻阻值趋于无穷大，向P1.4口输入底电平，CN317芯片断电。

　　放电控制：时钟信号向单片机发送信号，假设设置时间为24小时制，当时间为18:00时，单片机P3.5口检测铅酸蓄电池是否处于过放状态，当蓄电池处于过放电状态时，P1.6输出低电平，Q2截止，P1.7输出高电平，Q4导通，经处理过的市电代替铅酸蓄电池向LED广告灯供电。当时间为5:00时，单片机P1.4口输出低电平。

　　3.4 并网式LED环保广告牌供放电控制系统

　　并网式LED环保广告牌供放电控制在充电控制管理系统的控制下，太阳能组件白天向12V铅酸蓄电池充电，晚上铅酸蓄电池给LED广告灯提供电力，当连续阴雨天或其他情况导致铅酸蓄电池无法储存足够的能量时，市电可作为辅助电源向LED广告牌供电。其控制系统流程图如图5所示。

　　

　　4.结束语

　　本文对并网式LED环保广告牌供电系统，基于一种适合小规模供电系统模型上， 提出了一套应用于并网式LED环保广告牌供电系统的设计方案。该设计方案中先介绍充电控制电路，同时也介绍该系统的控制管理方法。该方案所设计的控制系统具备时控，防反充，针对铅酸蓄电池智能充电，使铅酸蓄电池不因过充，过放而迅速减少使用寿命，同时使能源得到充分利用。（作者：王东，姚敏茹，王丹，郭圆圆）