Плата для солнечных светодиодных уличных фонарей: контроллеры заряда, BMS и световые модули.

В то время как для уличного фонаря, работающего от сети, достаточно только драйвера, для солнечного уличного фонаря необходима целая система управления энергией, встроенная в опору или раму панели. Днём панель заряжает аккумулятор через контроллер заряда ; ночью система управления аккумулятором и драйвер постоянного тока подают питание на светодиодную нагрузку по таймеру или с помощью датчиков. Каждая из этих функций реализована на печатной плате, и надёжность всего изделия зависит от качества изготовления и защиты этих плат от воздействия окружающей среды.

Компания Highleap Electronics — это предприятие полного цикла по производству и сборке печатных плат , и электроника для солнечных уличных фонарей — одна из программ освещения, которые мы регулярно реализуем в рамках нашего комплексного обслуживания. Мы изготавливаем каждую плату в составе солнечного осветительного блока, собираем их на наших линиях поверхностного монтажа и поставляем протестированную электронику, готовую к установке в ваш корпус. Если вам сначала нужна более широкая информация об энергетических системах, наше руководство по встроенным системам на солнечной энергии станет хорошим дополнением к этой странице; в противном случае, разделы ниже подробно описывают каждую плату.

Главное, что нужно понимать о солнечном уличном освещении, это то, что сам светильник — это простая часть, а сложная — это энергетическая система, которая обеспечивает его работу ночью и в плохую погоду круглый год. Эта система представляет собой цепочку плат, и слабость в любом звене проявляется в виде гаснущего света до рассвета зимой. В разделах ниже электроника рассматривается как интегрированная энергетическая система, какой она и является на самом деле, и это единственный способ создать солнечное освещение, которое будет надежно работать в полевых условиях.

1. Поддерживаемые нами конфигурации солнечных уличных фонарей

Солнечное освещение дорог выпускается в нескольких вариантах, и набор печатных плат различается в зависимости от модели. Мы производим электронику для всех из них:

• Солнечные уличные фонари раздельного типа — Отдельная панель, отдельный батарейный отсек и светильник, устанавливаемый на опору. Контроллер и система управления батареей (BMS) обычно размещаются в батарейном отсеке; светодиодный модуль и драйвер постоянного тока находятся в головной части светильника.
• Универсальные (интегрированные) солнечные уличные фонари — панель, литиевая батарея, контроллер, датчик и светодиодный модуль в одном тонком корпусе. Для этого требуются компактные, высокоинтегрированные платы — часто это объединенные контроллер, система управления батареей (BMS), драйвер и светодиодный модуль; см. подход к интеграции ниже.
• Полуинтегрированные (двухкомпонентные) системы — Панель отдельная, все остальное интегрировано; популярный баланс эффективности и простоты установки.
• Солнечные садовые и садовые светильники — более энергоэффективные аналоги, использующие ту же логику контроллера и драйвера, но в меньшем масштабе.
• Гибридные уличные фонари, работающие от солнечной энергии и от сети. — Солнечная электростанция в качестве основного источника питания с резервным питанием от сети; они добавляют входной каскад переменного тока к архитектуре постоянного тока.
• Умные солнечные уличные фонари — добавление датчиков движения, удаленного мониторинга или беспроводной ячеистой сети на специальную плату управления.

Общим моментом является дисциплинированный подход к автономному энергоснабжению: система должна эффективно собирать, хранить и передавать энергию, достаточную для освещения дорог каждую ночь даже в пасмурную погоду. Начинается это с контроллера заряда.

2. Плата контроллера заряда солнечной батареи

Контроллер заряда — это «мозг» солнечного уличного фонаря. Он извлекает максимальную энергию из панели, безопасно заряжает аккумулятор и защищает от перезаряда, переразряда и обратной полярности. Мы разрабатываем обе распространенные топологии управления:

• MPPT-контроллеры — Отслеживание точки максимальной мощности позволяет значительно увеличить энергопотребление панели, особенно в условиях низкой освещенности или холода; это импульсные преобразователи, построенные на основе нашей технологии. контроллер солнечного заряда .
• ШИМ-контроллеры — Более простой и недорогой вариант для небольших светильников, где напряжение панели и батареи хорошо согласовано.
• Этапы преобразования постоянного тока в постоянный — Повышающий или понижающий преобразователь напряжения между панелью, батареей и нагрузкой, выполненный в виде Плата преобразователя постоянного тока в постоянный конструкций.
• Преобразователь мощности — для более крупных систем мы применяем наш интеллектуальная плата управления питанием опыт адаптивного управления.

Поскольку контроллер непрерывно переключает ток, тепловые характеристики и конструкция медных плат имеют большое значение. Мы изготавливаем эти платы, используя методы, применяемые в наших разработках печатных плат для источников питания , и с применением многослойных медных структур, где ток нагрузки высок.

3. Управление батареей: защита накопителя энергии.

Аккумулятор — самая дорогая и наиболее подверженная поломкам часть солнечного уличного фонаря, а система управления аккумулятором (BMS) обеспечивает его работу на протяжении тысяч циклов зарядки. Литиевые аккумуляторы, в частности, должны быть защищены от перенапряжения, перегрузки по току, глубокого разряда и выхода за пределы допустимого диапазона температур.

• Платы управления литиевыми батареями (BMS) — Логика балансировки ячеек, защиты и состояния заряда в наших плата управления батареей .
• Платы защиты литиевых аккумуляторов — дискретная защита для литий-железо-фосфатных и литий-ионных аккумуляторов; см. плата защиты литиевой батареи.
• Интеграция систем хранения энергии — Для более крупных автономных энергосистем мы применяем наш опыт в области хранения энергии.
• Управление зарядом — синхронизировано с контроллером для обеспечения полного срока службы батареи и предсказуемого времени работы.

В настоящее время LiFePO4 является доминирующим химическим соединением в солнечных уличных фонарях благодаря своему ресурсу и устойчивости к перепадам температур; мы производим платы BMS, настроенные с учетом количества элементов, емкости и стратегии балансировки, которые вам необходимы.

4. Светодиодный модуль и драйвер постоянного тока

Ночью накопленная энергия питает светодиодную нагрузку. Поскольку источником является батарея, драйвер представляет собой каскад постоянного тока с постоянным входным напряжением, а не сетевой драйвер, — но сам модуль управления светом представляет собой ту же самую плату с алюминиевым сердечником, которая используется в любом качественном уличном фонаре.

• Алюминиевый MCPCB световой двигатель — построено на нашем алюминиевая светодиодная печатная плата линия для быстрого отвода тепла.
• драйвер постоянного тока — драйвер с питанием от батареи, функцией регулировки яркости и таймером; см. Плата драйвера светодиодов.
• Светодиоды SMD или COB — SMD для равномерного оптического покрытия по всей поверхности дороги, COB для компактных головок с высоким световым потоком.
• Тепловой расчет - тоже самое Светодиодная тепловая конструкция Необходимо соблюдать дисциплину; эффективность в автономном режиме вдвойне важна, поскольку каждый ватт тепловых потерь — это энергия, теряемая в батарее.

5. Интеграция «все в одном»: четыре платы объединяются в одну.

Наиболее быстрорастущий сегмент — это универсальные солнечные уличные фонари, где панель, батарея, контроллер, датчик и светодиодный модуль размещены в одном тонком корпусе. С точки зрения электроники это создает проблемы с компоновкой: контроллер, система управления батареей (BMS), драйвер постоянного тока, а иногда и сам светодиодный модуль должны сосуществовать на одной или двух плотно интегрированных платах, часто с алюминиевым слоем светодиодного модуля, приклеенным к крышке радиатора.

• Интегрированные многофункциональные платы — объединение управления зарядом, защиты и привода на многослойной алюминиевой печатной плате, где слой светодиодов также отводит тепло в корпус.
• Компактное управление питанием — интегрировать энергетическую цепочку в компактную структуру с использованием технологий высокой удельной мощности.
• Датчики движения и окружающей среды — Входы для датчиков движения (PIR) или радаров и адаптивное затемнение на одной плате управления.
• Тепловое разделение — обеспечение термической изоляции теплого светодиодного слоя от чувствительной к температуре батареи, что является ключевым фактором надежности в интегральных схемах.

Мы создаем прототипы этих изделий в виде единого блока, чтобы вы могли проверить посадку, тепловые характеристики и время работы, прежде чем запускать серийное производство.

6. Защита солнечной электроники от внешних воздействий

Солнечные панели уличного освещения сталкиваются с теми же проблемами на открытом воздухе, что и любые дорожные светильники, — плюс дополнительная тепловая нагрузка от батареи, которая не должна перегреваться. Мы повышаем прочность всего комплекта панелей:

• Защитное покрытие на всех заполненных досках; см. защитное покрытие.
• Влаго- и водонепроницаемость используя наши водонепроницаемая печатная плата Методы сборки, важные для электроники, монтируемой в панельные рамы.
• Конструкция с широким диапазоном рабочих температур — Компоненты и компоновка рассчитаны на экстремальные температуры, которым подвергается герметичная солнечная головка под прямыми солнечными лучами.
• Защита от обратной полярности и перенапряжения на входе контроллера, чтобы выдерживать ошибки проводки в полевых условиях и наведенные переходные процессы.

7. Расчет размеров системы: подбор панели, батареи и нагрузки.

Самая сложная инженерная задача при проектировании солнечного уличного фонаря — это не какая-либо отдельная плата, а балансировка всей системы, чтобы свет надежно работал всю ночь, в пасмурную погоду и в любое время года. Электроника должна быть спроектирована с учетом этого энергетического баланса.

• Дни автономии — Аккумулятор и контроллер рассчитаны таким образом, чтобы светильник продолжал работать в течение нескольких дней при плохом солнечном свете; система управления батареей (BMS) и логика зарядки настроены на достижение этой цели.
• Согласование скорости зарядки — Входной каскад контроллера согласован с выходным каскадом панели, поэтому зарядка происходит эффективно при любой температуре и интенсивности излучения, именно в этом и заключается стоимость MPPT.
• Профили разряда — В драйвер запрограммированы профили полной мощности, приглушенного освещения в полночь и срабатывания от движения, позволяющие увеличить время работы от стационарной батареи.
• Снижение температуры — Емкость батареи и способность к приему заряда снижаются в холодную погоду; логика управления учитывает это, поэтому производительность в зимних условиях сохраняется.

Мы создаём контроллер, систему управления батареей и драйвер как скоординированный набор, чтобы эти функции работали согласованно, а не противоречили друг другу.

8. Интеллектуальный мониторинг и удаленное управление

Для крупных проектов по установке солнечных уличных фонарей все чаще требуется полная информация о каждом столбе — о состоянии заряда, неисправности и использовании — без необходимости отправки техника. Это добавляет дополнительный уровень связи к электронике:

• Отчеты о текущем состоянии дел и состоянии здоровья. — Система управления батареей (BMS) отображает состояние батареи для удаленного мониторинга.
• Обнаружение неисправности — Сбои зарядки, неисправности светодиодов и события несанкционированного доступа регистрируются на шлюзе.
• Беспроводная связь — модули сотовой связи, LoRa или ячеистой сети, интегрированные на плате управления или рядом с ней.
• Адаптивное планирование — Дистанционно регулируемые профили затемнения для централизованного управления автопарком.

Мы интегрируем датчики и средства связи в комплект плат, что позволяет управлять развертыванием в масштабе предприятия.

9. Химический состав батареи и конструкция аккумуляторного блока.

Аккумулятор определяет стоимость, размер, срок службы и поведение солнечного уличного фонаря в условиях низких температур, поэтому конструкция системы управления батареей (BMS) и аккумуляторного блока являются ключевыми инженерными решениями:

• LiFePO4 — это оптимальный выбор с точки зрения срока службы, безопасности и устойчивости к перепадам температур; наши платы BMS настроены под его профиль заряда.
• Тройной литий (НМК) — более высокая плотность энергии для компактных светильников, с соответствующей настройкой защиты.
• Балансировка ячеек — обеспечение соответствия размеров многоэлементных батарей для максимальной полезной емкости и длительного срока службы.
• Точность уровня заряда — таким образом, контроллер сможет интеллектуально управлять временем работы и затемнением.
• Координация защиты — Защита от перезаряда, переразряда, перегрузки по току, короткого замыкания и перегрева работает как единая система.

Мы разрабатываем систему управления батареями (BMS) с учетом химического состава, количества и емкости ваших батарей, чтобы батарея обеспечивала заявленный срок службы в полевых условиях.

10. Разработка совместно с нами продукта для солнечного освещения.

Успех или провал разработки солнечных осветительных приборов напрямую зависит от системной интеграции, поэтому мы проектируем контроллер, систему управления батареей, драйвер и световой модуль как единый скоординированный комплект, а не как четыре отдельные платы. Анализ конструкции с учетом технологичности производства позволяет оценить энергетический баланс — панели, батареи, целевое время автономной работы и профиль освещения — а также теплоотвод, обеспечивающий исправную работу батареи в интегрированном блоке. Мы создаем полнофункциональные образцы систем, чтобы вы могли проверить заряд, разряд, время работы и поведение в условиях низких температур до начала серийного производства, что является единственным надежным способом проверки автономного продукта.

Производство осуществляется в соответствии с нашей системой ISO 9001, при этом весь электронный пакет поставляется, собирается, подключается и тестируется в рамках одного заказа. Создание всей энергетической цепочки — изготовление, сборка и интеграция на одном заводе — означает, что платы взаимодействуют, а не конфликтуют друг с другом, что и обеспечивает надежную работу в течение всей ночи.

11. Электронные системы солнечного освещения «под ключ»

Будучи крупным предприятием по производству и сборке печатных плат, мы можем поставить полный комплект электроники для солнечного уличного фонаря, протестированный и готовый к установке в ваш корпус:

• Все платы изготовлены и собраны. — контроллер, BMS, драйвер и световой модуль через нашу систему. Сборка светодиодной печатной платы и сборка печатных плат под ключ сервисов.
• Компонент sourcing — панели, элементы питания, датчики и разъемы, приобретенные или поставленные вами.
• Интеграция и проводка — энергетическая цепочка, прошедшая комплексное тестирование и оснащенная проводкой от начала до конца.
• Проверка во время выполнения и функциональная проверка — Профиль заряда, разряда и освещения проверяется перед отгрузкой.
• Комплексное управление программами Через нашу универсальная сборка печатной платы услуги.

12. Возможности и технические характеристики печатных плат для солнечных уличных фонарей.

В таблице ниже приведена сводная информация о наших возможностях по изготовлению и сборке электроники для солнечных уличных фонарей, от стандартных моделей до сложных автономных систем:

В ходе бесплатного обзора DFM мы порекомендуем конфигурацию контроллера, батареи и драйвера, соответствующую мощности ваших панелей, климатическим условиям и целевому показателю автономности.

13. Как сделать заказ — файлы, минимальный объем заказа и сроки выполнения.

Заказать печатную плату для солнечного уличного фонаря в Highleap Electronics очень просто, независимо от того, есть ли у вас уже производственные файлы или только спецификация. Каждое коммерческое предложение включает бесплатную проверку технологичности производства (DFM), а минимальный заказ составляет одну единицу без дополнительной платы за прототип.

Какие файлы отправить

• Изготовление печатных плат. — Файлы Gerber RS-274X (все слои меди, паяльной маски и шелкографии), файл сверления Excellon, контур платы на механическом слое и примечания по изготовлению, касающиеся подложки, диэлектрика, плотности меди, качества поверхности и цвета паяльной маски.
• Сборка печатной платы (PCBA) — вышеперечисленное, а также спецификация материалов с номерами деталей производителя и их количеством, и файл для установки компонентов поверхностного монтажа (Centroid).
• Электронные светильники «под ключ» — вышеперечисленные файлы, а также файлы (STEP/DXF) для радиатора или корпуса, сведения об оптике, спецификации драйвера или системы управления, микропрограммное обеспечение (если применимо) и любые графические материалы для брендинга или упаковки. Если файлы отсутствуют, пришлите имеющиеся, и наша инженерная команда выявит недостающие файлы в ходе проверки DFM (проектирование для производства).

Минимальный заказ и цены

• Минимальный объем заказа составляет 1 блок Это касается как изготовления, так и сборки, без штрафных санкций за изготовление прототипа.
• Скидки за объем продаж действуют при заказе 10, 50, 100, 500 и более единиц.
• Готовые модули светового двигателя и драйвера доступны в небольших объемах; мы сохраняем ваши файлы, поэтому при повторных заказах вам не придется заново рассчитывать стоимость проектирования.

Время выполнения заказа

• Изготовление печатных плат — Стандартный срок доставки: 5–7 рабочих дней; экспресс-доставка: 24–48 часов, в зависимости от наличия свободных мест.
• Сборка печатной платы (PCBA) — 7–12 рабочих дней, включая поиск комплектующих; 5 дней экспресс-доставки для комплектующих, имеющихся на складе.
• Модули «под ключ» — Обычно от 12 до 18 рабочих дней в зависимости от субстрата, защиты (покрытие или посадка) и объема.
• Все сроки выполнения заказа подтверждаются в вашем коммерческом предложении и отсчитываются с момента подтверждения заказа и утверждения документов.

Сертификаты и стандарты: система управления качеством ISO 9001 , качество изготовления IPC Class 2 и Class 3 , функциональное тестирование каждой платы с помощью AOI и подсветки, а также рентгеновское тестирование, проверка в процессе эксплуатации и тестирование на выгорание. Мы осуществляем доставку в более чем 40 стран с полным отслеживанием и предоставляем документацию о соответствии по запросу. Для проектов по созданию печатных плат для солнечных светодиодных уличных фонарей, пожалуйста, отправьте файлы Gerber, спецификацию материалов (BOM), примечания к контроллеру заряда солнечных батарей, требования к управлению батареями и целевое количество через форму запроса на веб-сайте, чтобы Highleap Electronics могла рассмотреть полный комплект печатных плат.

14. Плата для солнечного уличного фонаря — часто задаваемые вопросы

В чём разница между платами контроллеров заряда солнечных батарей MPPT и PWM?

ШИМ-контроллер соединяет панель с батареей через простой переключатель и работает лучше всего, когда напряжение панели и батареи практически совпадают. MPPT-контроллер — это импульсный преобразователь, который постоянно определяет точку максимальной мощности панели и преобразует избыточное напряжение в дополнительный зарядный ток, что позволяет значительно увеличить выработку энергии, особенно в холодных условиях или при слабом освещении. MPPT-контроллер стоит дороже, но является лучшим выбором для больших солнечных уличных фонарей, где важен каждый ватт-час.

Можно ли создать универсальную интегрированную плату для солнечных уличных фонарей?

Да. Мы проектируем и изготавливаем контроллер, систему управления батареей, драйвер постоянного тока и алюминиевый светодиодный модуль в виде одной или двух тесно интегрированных плат для универсальных светильников, включая приклеивание слоя светодиодов к крышке радиатора и отвод тепла от батареи. Мы создаем прототипы всего устройства, чтобы вы могли проверить совместимость, тепловые характеристики и время работы до начала серийного производства.

Какие типы батарей поддерживают ваши платы BMS?

Мы производим платы управления и защиты батарей для литий-железо-фосфатных (LiFePO4), литий-ионных и тройных литиевых батарей, адаптированные под количество элементов, емкость и стратегию балансировки. LiFePO4 является наиболее распространенным выбором для солнечных уличных фонарей благодаря своему ресурсу циклов зарядки-разрядки и устойчивости к перепадам температуры, и наши платы включают в себя балансировку элементов, а также защиту от перенапряжения, перегрузки по току, глубокого разряда и перегрева.

Включают ли платы защиту от обратной полярности и перенапряжения?

Да. Вход контроллера заряда включает защиту от обратной полярности, что позволяет избежать ошибок при монтаже проводки в полевых условиях, а также защиту от наведенных переходных процессов. В сочетании с защитным покрытием и влагостойкими технологиями изготовления это обеспечивает надежную работу электроники в течение многих лет эксплуатации на открытом воздухе.

Вы специализируетесь на производстве солнечных осветительных приборов или являетесь универсальным заводом по производству печатных плат?

Мы являемся комплексным предприятием по производству и сборке печатных плат, и светодиодное освещение на солнечных батареях — одна из областей применения, которую мы обслуживаем в рамках нашего комплексного сервиса. Это означает, что вы получаете глубокие знания специалиста — светодиодные модули с металлическим сердечником, MPPT-контроллеры, платы BMS, драйверы постоянного тока и полную интеграцию — в сочетании с широкими возможностями производителя электроники, который также производит силовые, промышленные, автомобильные и бытовые платы. Те же линии изготовления, поверхностного монтажа, нанесения покрытий и тестирования, которые используются для производства электроники для солнечного освещения в рамках других наших программ.