CN100491813C - 一种储能型太阳能led灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能型太阳能LED灯。包括太阳能电池板、蓄电池、LED负载和控制器，控制器包括系统检测电路、状态检测电路、蓄电池电压检测电路、时钟控制器和脉冲调制电路，控制器能通过对蓄电池容量的检测，并根据蓄电池容量，通过脉冲调制电路自动调节输出脉冲频率，从而调整输出功率，使LED灯工作在理想的脉冲状态下，效率高、节能效果突出；本发明的储能型太阳能LED灯具有环保、安全、安装方便、使用效果好、维护量小等优点，可广泛适用于道路、庭院等照明。

Description

一种储能型太阳能LED灯

技术领域

本发明涉及一种照明灯，特别是一种利用太阳能电池板给蓄电池充电，并根据蓄电池容量自动调节发光功率的储能型太阳能LED灯。

背景技术

太阳能灯因其不需要架设电线或预埋电缆，安装方便，且安装后不需要电费使用费，被广泛地用于庭院装饰、道路照明等，但目前的节能型太阳能灯一般采用恒流控制的方式，控制器不能自动检测蓄电池的容量并根据容量自动调节光照强度，当蓄电池容量足时，它能工作正常，容量不足时，它用完的蓄电池的电量就停止工作，采用恒流方式工作的LED灯不管蓄电池容量的多少，它都工作在额定功率下，LED灯消耗的功率不能随电池容量而自动改变。在容量一定的情况下，很难满足长时间的照明，使用范围受到影响。常规的太阳能LED路灯控制器，采用恒流源控制，其效率最为80％左右，发光效率较低，并且由于LED灯珠长期工作在恒流状态下，其LED灯珠亮度衰减较大，影响LED灯的使用寿命，造成使用成本的增加，在性价比方面缺少市场竞争力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可自动检测蓄电池容量，并根据蓄电池容量自动调节发光功率，使用可靠、效果好的储能型太阳能LED灯。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种储能型太阳能LED灯，包括太阳能电路板、蓄电池、LED负载和控制器，所述的控制器包括系统检测电路，系统检测电路输入端接太阳能电池板，输出端接有状态检测电路、蓄电池电压检测电路、时钟控制器和充电控制电路；状态检测电路、蓄电池电压检测电路和时钟控制器接状态切换输出异常保护电路，状态切换输出异常保护电路通过脉冲调制电路接功率输出器，功率输出器接LED负载；太阳能电池板正极连接蓄电池正极，蓄电池连接有电源模块；整个电路系统由电源模块或蓄电池供电。

另外，进一步，所述的脉冲调制电路包括脉宽调制器和与其相连的线性锯齿波发生器。

本发明的有益效果是：本发明的储能型太阳能LED灯，其控制器包括有系统检测电路、状态检测电路、蓄电池电压检测电路、时钟控制器和脉冲调制电路，控制器能通过对蓄电池容量的检测，根据蓄电池容量和设定时间不同，使负载LED灯工作在相应的功率下，LED的发热量比在恒定电流下工作小，发光衰减速度减缓，使用寿命相对延长，在与恒定电流相同的功率比较下，使用脉宽调制的LED灯的视角亮度明显比用恒流源的LED灯亮，节能效果突出；功率输出器工作在近似理想的开关状态下，所以控制器的效率高，从而对蓄电池的电量进行充分有效的管理，通过合理的设计配置，使太阳能路灯突破阴雨天的概念，可以使路灯做到1年365天，天天都亮灯。采用本发明控制器的LED灯具有环保、安全、安装方便、使用效果好、维护量小等优点，可广泛适用于道路、庭院等照明。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的控制电路原理方框图；

图2是本发明实施例的控制电路原理方框图；

图3是本发明实施例的检测比较器电路图；

图4是本发明实施例的脉冲调制电路图；

图5是本发明实施例的第五比较器电路图；

图6是本发明实施例的充电控制电路图；

图7是本发明实施例的时钟控制电路图；

图8是本发明实施例的电源模块电路图；

图9是本发明实施例的蓄电池电压检测电路图；

图10是本发明实施例的另一电源模块电路图。

具体实施方式

参照图1至图10，一种储能型太阳能LED灯，包括太阳能电路板S1、蓄电池S11、LED负载S8和控制器，所述的控制器包括系统检测电路S2，系统检测电路S2输入端接太阳能电池板S1，输出端接有状态检测电路S3、蓄电池电压检测电路S6、时钟控制器S9和充电控制电路S10；状态检测电路S3、蓄电池电压检测电路S6和时钟控制器S9接状态切换输出异常保护电路S7，状态切换输出异常保护电路S7通过脉冲调制电路S4接功率输出器S5，功率输出器S5接LED负载S8；太阳能电池板S1正极S+连接蓄电池S11正极B+，蓄电池S11连接有电源模块S12，整个电路系统由电源模块S12或蓄电池S11供电。

另外，进一步，所述的脉冲调制电路S4包括脉宽调制器S36和与其相连的线性锯齿波发生器。

所述的状态检测电路包括检测比较器S31、三极管Q3和第五比较器IC5，检测比较器包括第一比较器IC1和第二比较器IC2；比较器IC1的同向输入端3接第一参考电压U1，反向输入端2接太阳能电池板S1正极S+和时钟控制器S9输出端D，第一比较器IC1的输出端1并联蓄电池S11正极B+后连接第二比较器IC2的同向输入端5，反向输入端6接第二参考电压U2，第二比较器IC2的输出端7接状态检测电路S3和第五比较器IC5；第二比较器IC2的输出端7串联二极管D5形成一支路，太阳能电池板S1的正极S+串联二极管D4形成另一支路，两条支路并联后接三极管Q3基极，三极管Q3集电极一路串联电阻R4后接第一参考电压U1，另一路串联二极管D14后与蓄电池S11正极B+并联接第五比较器IC5的同向输入端10，三极管Q3发射极接地，第五比较器IC5的反向输入端9接第二参考电压U2，输出端8接状态切换输出异常保护电路S7。

所述的蓄电池电压检测电路S6还包括第八比较器IC8，第八比较器IC8的同向输入端18通过限位电阻接蓄电池S11正极B+，反向输入端19接第二参考电压U2，第八比较器IC8的输出端20连接状态切换输出异常保护电路S7。

所述的时钟控制器S9包括时钟芯片IC7，时钟芯片IC7连接有定时开关，时钟芯片IC7输出端D连接状态检测电路S3和脉冲调制电路S4。

所述的状态切换输出异常保护电路S7和脉冲调制电路S4包括线性锯齿波发生器IC3、脉宽调制器S36和第四比较器IC4，线性锯齿波发生器IC3连接第四比较器IC4同向输入端12，脉宽调制器S36接第四比较器IC4反向输入端13，第四比较器IC4输出端11通过限流电阻R8接功率输出器S5。

所述的功率输出器S5包括场效应管Q10，场效应管Q10栅极接限流电阻R8，源极接地，漏极接LED灯阴极，LED灯阳极串接电阻后接蓄电池S11正极B+。

所述的充电控制电路S10包括第六比较器IC6、光电耦合器、三极管Q9和场效应管Q11，第六比较器IC6同向输入端15一路通过限位电阻接蓄电池S11正极B+，另一路通过上拉电阻R37接地，反向输入端16接第二参考电压U2，输出端17通过电阻R38接三极管Q9基极，三极管Q9集电极通过电阻R41接第一参考电压U1，发射极接地，光电耦合器输入侧一端连接三极管Q9集电极，另一端接地，输出侧一端接第二参考电压U2，另一端接场效应管Q11的栅极，场效应管Q11漏极接地，源极接太阳能电池板S1负极S-。

所述的脉宽调制器S36包括三极管Q5，三极管Q5集电极一路接第四比较器IC4的反向输入端13，另一路接第一参考电压U1，发射极接地，在发射极和集电极之间并联有三极管Q6、三极管Q12和三极管Q13，三极管Q6、三极管Q12和三极管Q13的基极依次连接第五比较器IC5输出端8、第八比较器IC8输出端20和时钟芯片IC7输出端D。

下面具体说明本发明实施例电路的工作过程。

当太阳能电池板正极电压S+大于蓄电池正极B+电压时，且蓄电池正极B+电压小于过充保护电压时，比较器IC6的15脚电压小于第二参考电压U2，输出端17脚输出低电平，三极管Q9截止，光电耦合器得电导通，场效应管Q11的栅极高电位，使源极，漏极导通，太阳能板正极S+经过二极管D1、二极管D2、蓄电池正极、蓄电池负极、场效应管Q11漏源极到太阳能板负极S-，对蓄电池充电。当蓄电池电压上升到过冲电压时，第六比较器IC6的15脚电压大于第二参考电压U2，17脚输出高电位。三极管Q9导通，光电耦合器没有电流截至，场效应管Q11截止。太阳能板停止对蓄电池充电，蓄电池电压回落到一定时，第六比较器IC6的15脚电压小于第二参考电压U2，17脚输出低电位，重复前面的动作，对蓄电也充电。

当太阳能电池板正极电压S+大于设定上限值时，第一比较器IC1的2脚电压大于3脚电压，1脚输出低电压，则第二比较器IC2的5脚为低电平，7脚输出低电平；三极管Q3因基极为高电压而导通，IC5的10脚则为低电平，8脚输出低电压。7脚、8脚为低电压则三极管Q8截止，三极管Q5导通，IC4的13脚为低电平，11脚输出低电平，场效应管Q10截止，LED灯灭。

当太阳能电池板正极电压S+小于设定下限值时，第一比较器IC1的3脚电压大于2脚电压，则1脚输出高电平，蓄电池正极B+通过电阻R25、电阻R24、电阻R21给第二比较器IC2的5脚1个分压，当蓄电池正极B+电压高时，5脚电压大于第二参考电压U2，7脚输出高电平，当蓄电池正极B+电压较低时，5脚电压小于第二参考电压U2，7脚输出低电平。当第一比较器IC1的7脚为高电压时，则第五比较器IC5的8脚输出电瓶为低电平，则三极管Q5截止，第一参考电压U1通过电阻R9、电阻R12分压给比较器IC4的13脚，线性锯齿波发生器IC3输出高频线性锯齿波到比较器IC4的12脚，则第四比较器IC4的11脚输出宽脉冲方波给场效应管Q10，场效应管Q10处在受控的开关状态，LED灯则在额定功率下工作，当蓄电池容量超过80％以上时，蓄电池S11正极B+电压接近最高，则第八比较器IC8的20脚输出高电平，三极管Q12则导通，第四比较器IC4的13脚电压将下降一些，11脚输宽脉冲将减小一些，以平衡因蓄电池S11正极B+电压过高造成LED灯在超过额定功率工作的不良后果。当蓄电池S11正极B+电压回落到一定电压时，第八比较器IC8的20脚输出低电平，LED灯将恢复在原工作状态。当设定的时定到时，时钟控制器IC7的13脚输出高电平，一路到第四比较器IC4的2脚，则1脚为低电压，则7脚也为低电压，则三极管Q3截止，第五比较器IC5的8脚输出高电压，三极管Q6导通，另一路加到三极管Q13的基极，三极管Q13也导通，将使比较器IC4的11脚输出窄脉宽信号经场效应管Q10，使LED灯工作在小功率状态下直到天亮。当蓄电池容量降到40％时，蓄电池S11正极B+电压下降，则第二比较器IC2的7脚为低电压，且设定的时定未到时，则第五比较器IC5的8脚为高电压，三极管Q6导通，第四比较器IC4的11脚输出较宽的脉冲信号经场效应管Q10，使LED灯工作在较大功率状态下，当设定时间到时，时钟控制器IC7的13脚输出一个高电平给三极管Q13基极，三极管Q13导通，三极管Q6、三极管Q13的导通使得第四比较器IC4的11脚输出窄脉冲给场效应管Q10，使LED由较大功率状态转为在小功率状态下工作到天亮。

白天，由于光线强，太阳能电池板电压高。检测系统检测太阳能电池板的电压与各比较器进行比较，当太阳能电池板上的电压高于设定关灯电压以上时比较器，第四比较器、第五比较器IC5都输出低电压信号给状态切换输出异常保护电路，切换器输出低电压信号到脉宽调制器，使其输出低电压给功率输出器，功率输出器关断到LED负载的电流，灯灭。当太阳能板的电压上升超过蓄电池电压时，通过第六比较器IC6进行比较对蓄电池充电。当蓄电池充满电时，第六比较器IC6将控制充电控制器停止太阳能电池板对蓄电池的充电。

傍晚时，由于光线弱，太阳能电池板电低，太阳能电池板电压降到设定开灯电压以下时，时间控制开始计时工作，时间可以根据设计要求设定，而同时检测系统对第四比较器、第五比较器IC5输出电压，使第四比较器、第五比较器IC5对蓄电池电压进行比较，当蓄电池超过60％时，检测比较器输两路高电压，一路输出到第五比较器IC5对，使第五比较器IC5对输出低电压，另一路输出到状态切换输出异常保护电路，使脉宽调制器输出宽脉冲信号给功率输出器，功率输出器输出宽脉冲电流给LED灯，使其在额定功率下发光，当蓄电池的容量超过80％以上时，第八比较器输出一个高电压信号到状态切换输出异常保护电路，使脉宽控制器输出稍窄的脉冲信号给功率输出器，以平衡因蓄电池电压过高造成LED灯超过额定功率工作的不良后果，当蓄电池的容量下降到70％时，第八比较器输出低电压使脉调制器恢复到宽脉冲状态，使LED灯在额定功率下工作；当蓄电池的容量还在40％以上时，并且时间控制器设定的时间到了时，时间控制器输出两路高电压，一路到状态切换输出异常保护电路，另一路到检测系统，使第四比较器输出两路低电压，一路到第五比较器，则第五比较器输出高电压到状态切换输出异常保护电路。第四比较器另一路低电压也输出到状态切换输出异常保护电路，状态切换输出异常保护电路收到检测比较器的低电压，第五比较器和时间控制器的高电压，它使脉宽调制器输出窄脉冲信号给功率输出器，使LED灯在30％额定功率以下工作到天亮。当蓄电池的容量下降到40％时，且时间控制器设定的时间控制器设定的时间未到时，第四比较器对第五比较器及状态切换输出异常保护电路都输出低电压信号，则第五比较器输出高电压到状态切换输出异常保护电路，使脉宽调制器输出较宽脉冲给功率输出器，则LED灯在半额定功率左右下工作。当时间控制器的时间到了，它有一个高电压信号给状态切换输出异常保护电路，使脉宽调制器输出窄脉冲信号给功率输出器，则LED灯在30％额定功率以下工作到天亮。

本发明的节能型太阳能LED灯控制器中，包括有系统检测电路、状态检测电路、蓄电池电压检测电路、时钟控制器和脉冲调制电路，控制器能通过对蓄电池容量的检测，根据蓄电池容量和设定时间不同，使负载LED灯工作在相应的功率下，LED的发热量比在恒定电流下工作小，发光衰减速度减缓，使用寿命相对延长，在与恒定电流相同的功率比较下，使用脉宽调制的LED灯的视角亮度明显比用恒流源的LED灯亮，节能效果突出；功率输出器工作在近似理想的开关状态下，所以控制器的效率高，从而对蓄电池的电量进行充分有效的管理，通过合理的设计配置，使太阳能路灯突破阴雨天的概念，可以使路灯做到1年365天，天天都亮灯。本发明具有环保、安全、安装方便、使用效果好、维护量小等优点，可广泛适用于道路、庭院等照明。

本发明实施例中蓄电池电压为12V，可取第一参考电压U1为9V，第二参考电压U2为5V；电池电压为24V，可取第一参考电压U1为12V，第二参考电压U2为5V，设定关灯电压取6V，设定开灯电压取4V，以上的电压等级可由电源模块如78L12、78L05、78L09灯供给，锯齿波可由555线性锯齿波发生器提供，时钟信号可由单片机MAX9489等提供，当然，也可以是其它的具有相同或类似功能的电路或芯片，只要是依照本发明的保护范围所做的修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围内。

Claims (7)

1、一种储能型太阳能LED灯，包括太阳能电路板(S1)、蓄电池(S11)、LED负载(S8)和控制器，其特征在于所述的控制器包括系统检测电路(S2)，系统检测电路(S2)输入端接太阳能电池板(S1)，输出端接有状态检测电路(S3)、蓄电池电压检测电路(S6)、时钟控制器(S9)和充电控制电路(S10)；状态检测电路(S3)、蓄电池电压检测电路(S6)和时钟控制器(S9)接状态切换输出异常保护电路(S7)，状态切换输出异常保护电路(S7)通过脉冲调制电路(S4)接功率输出器(S5)，功率输出器(S5)接LED负载(S8)；太阳能电池板(S1)正极(S+)连接蓄电池(S11)正极(B+)，蓄电池(S11)连接有电源模块(S12)；整个电路系统由电源模块(S12)或蓄电池(S11)供电；所述的脉冲调制电路(S4)包括脉宽调制器(S36)和与其相连的线性锯齿波发生器；所述的状态检测电路包括检测比较器(S31)、第一三极管(Q3)和第五比较器(IC5)，检测比较器包括第一比较器(IC1)和第二比较器(IC2)；比较器(IC1)的同向输入端(3)接第一参考电压(U1)，反向输入端(2)接太阳能电池板(S1)正极(S+)和时钟控制器(S9)输出端(D)，第一比较器(IC1)的输出端(1)并联蓄电池(S11)正极(B+)后连接第二比较器(IC2)的同向输入端(5)，反向输入端(6)接第二参考电压(U2)，第二比较器(IC2)的输出端(7)接状态检测电路(S3)和第五比较器(IC5)；第二比较器(IC2)的输出端(7)串联第一二极管(D5)形成一支路，太阳能电池板(S1)的正极(S+)串联第二二极管(D4)形成另一支路，两条支路并联后接第一三极管(Q3)基极，第一三极管(Q3)集电极一路串联第一电阻(R4)后接第一参考电压(U1)，另一路串联第三二极管(D14)后与蓄电池(S11)正极(B+)并联接第五比较器(IC5)的同向输入端(10)，第一三极管(Q3)发射极接地，第五比较器(IC5)的反向输入端(9)接第二参考电压(U2)，输出端(8)接状态切换输出异常保护电路(S7)。

2、根据权利要求1所述的一种储能型太阳能LED灯，其特征在于所述的蓄电池电压检测电路(S6)还包括第八比较器(IC8)，第八比较器(IC8)的同向输入端(18)通过第一限位电阻接蓄电池(S11)正极(B+)，反向输入端(19)接第二参考电压(U2)，第八比较器(IC8)的输出端(20)连接状态切换输出异常保护电路(S7)。

3、根据权利要求1所述的一种储能型太阳能LED灯，其特征在于所述的时钟控制器(S9)包括时钟芯片(IC7)，时钟芯片(IC7)连接有定时开关，时钟芯片(IC7)输出端(D)连接状态检测电路(S3)和脉冲调制电路(S4)。

4、根据权利要求1所述的一种储能型太阳能LED灯，其特征在于所述的状态切换输出异常保护电路(S7)和脉冲调制电路(S4)包括线性锯齿波发生器(IC3)、脉宽调制器(S36)和第四比较器(IC4)，线性锯齿波发生器(IC3)连接第四比较器(IC4)同向输入端(12)，脉宽调制器(S36)接第四比较器(IC4)反向输入端(13)，第四比较器(IC4)输出端(11)通过第一限流电阻(R8)接功率输出器(S5)。

5、根据权利要求4所述的一种储能型太阳能LED灯，其特征在于所述的功率输出器(S5)包括第一场效应管(Q10)，第一场效应管(Q10)栅极接第一限流电阻(R8)，源极接地，漏极接LED灯阴极，LED灯阳极串接第二电阻后接蓄电池(S11)正极(B+)。

6、根据权利要求1所述的一种储能型太阳能LED灯，其特征在于所述的充电控制电路(S10)包括第六比较器(IC6)、光电耦合器、第二三极管(Q9)和第二场效应管(Q11)，第六比较器(IC6)同向输入端(15)一路通过第二限位电阻接蓄电池(S11)正极(B+)，另一路通过第一上拉电阻(R37)接地，反向输入端(16)接第二参考电压(U2)，输出端(17)通过第三电阻(R38)接第二三极管(Q9)基极，第二三极管(Q9)集电极通过第四电阻(R41)接第一参考电压(U1)，发射极接地，光电耦合器输入侧一端连接第二三极管(Q9)集电极，另一端接地，输出侧一端接第二参考电压(U2)，另一端接第二场效应管(Q11)的栅极，第二场效应管(Q11)漏极接地，源极接太阳能电池板(S1)负极(S-)。

7、根据权利要求1或4所述的一种储能型太阳能LED灯，其特征在于所述的脉宽调制器(S36)包括第三三极管(Q5)，第三三极管(Q5)集电极一路接第四比较器(IC4)的反向输入端(13)，另一路接第一参考电压(U1)，发射极接地，在发射极和集电极之间并联有第四三极管(Q6)、第五三极管(Q12)和第六三极管(Q13)，第四三极管(Q6)、第五三极管(Q12)和第六三极管(Q13)的基极依次连接第五比较器(IC5)输出端(8)、第八比较器(IC8)输出端(20)和时钟芯片(IC7)输出端(D)。

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