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CN101026917A - 一种太阳能led灯电路 - Google Patents

一种太阳能led灯电路 Download PDF

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Abstract

一种太阳能LED灯电路，除包括太阳能电池、充电电路、充电电池和若干个LED外，它还包括高效的LED驱动电路和独特的阳光检测控制电路并电池过放保护电路。其中LED驱动电路是以先进的脉冲频率调制直流一直流升压稳压器为核心，并通过巧妙结合外围分立器件构成了具有恒流驱动LED的电路。阳光检测控制电路并电池过放保护电路是一个既可光控开关又可保护电池的电路。由于采用了上述的技术解决方案，所以本发明一方面满足了单节Ni－Cd或Ni－MH充电电池以至超级电容器的应用，另一方面也使驱动的LED亮度达到最佳，电池的工作时间达到最佳。因此，本发明具有电路紧凑、消耗极低、功能齐全、高效且廉价的特点。

Description

一种太阳能LED灯电路
技术领域
本发明涉及一种野外露天使用的照明装置，特别指太阳能LED(发光二极管)灯的电路，它属于太阳能应用范畴。
背景技术
太阳能LED灯是一种无需通过传统供电设备来工作的绿色环保型照明光源，它适用于家庭庭院、公共场所、草原牧场、地质勘探队、野外作业组、国防边哨等等那些缺少电力的或者电力供给不便利的地方。
然而如何做到功能全、价格廉则一直是业内人士研究的主要内容。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功能齐全、高效且廉价的太阳能LED灯电路。
本发明所提供的一种太阳能LED灯电路，包括太阳能电池、充电电池、充电电路和若干个LED，其特征是：它还包括阳光检测控制电路并电池过放保护电路、LED驱动电路，其中：所述的太阳能电池一路连接到充电电路，另一路连接到阳光检测控制电路并电池过放保护电路；所述的充电电路一路连接到充电电池，另一路连接到阳光检测控制电路并电池过放保护电路以及LED驱动电路；所述的阳光检测控制电路并电池过放保护电路的输出连接到LED驱动电路；所述的LED驱动电路输出到LED。
在上述的太阳能LED灯电路中，LED驱动电路是以脉冲频率调制直流-直流升压稳压器(以下简称IC)为核心、并通过结合外围分立器件电感L、二极管D3、电容C和电阻R3构成了具有恒流驱动LED的电路，其中：电感L的一端连接充电电池5的正极，另一端连接IC的Lx端、二极管D3的正极和LED的正极；二极管D3的负极连接IC的Vout端和电容C的一端；电容C的另一端连接电阻R3的一端和LED的负极；电阻R3的另一端连接到IC的GND端和充电电池5的负极；IC的CE端为芯片控制端。
在上述的太阳能LED灯电路中，LED驱动电路采用了脉冲式驱动方式。
在上述的太阳能LED灯电路中，阳光检测控制电路并电池过放保护电路是由晶体管T、电阻R2、二极管D2、以及限流电阻R1所组成，其中：晶体管T的发射极连接充电电池的正极；集电极连接电阻R2的一端，然后作为LED驱动电路的控制输出；电阻R2的另一端连接充电电池的负极；晶体管T的基极连接二极管D2的正极；二极管的负极连接限流电阻R1的一端，限流电阻R1的另一端连接太阳能电池的正极。
在上述的太阳能LED灯电路中，二极管D2的PN结个数满足计算式：(电路总充电电池截止电压-0.5V)/0.5V的结果四舍五入取整。
在上述的太阳能LED灯电路中，二极管D2是与电压值相对应的稳压管。
在上述的太阳能LED灯电路中，二极管D2是具有PN结特征的晶体管。
在上述的太阳能LED灯电路中，在电阻R2和晶体管T的集电极之间还连接一电阻R4。
在上述的太阳能LED灯电路中，在晶体管T的发射极与充电电池的正极之间还连接一电阻R4。
由于本发明的LED驱动电路采用了先进的脉冲频率调制直流-直流升压稳压器作为控制电路，并通过巧妙结合外围分立器件构成了具有恒流驱动LED的电路，而且阳光检测控制电路并电池过放保护电路是一个即可光控开关又可保护电池的电路。所以本发明一方面满足了单节Ni-Cd或Ni-MH充电电池以至超级电容器的应用，另一方面也使驱动的LED亮度达到最佳，电池的工作时间达到最佳。因此，本发明具有了电路紧凑、消耗极低、功能齐全、高效且廉价的特点。
附图说明
图1是本发明太阳能LED灯电路的功能框图；
图2是本发明太阳能LED灯电路的电原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明太阳能LED灯的电路结构，从电路功能上划分，除了太阳能电池4、充电电池5和LED外，本电路主要由以下三部分电路组成，即充电电路1、LED驱动电路3和阳光检测控制电路并电池过放保护电路2。
其中：
太阳能电池4一路连接到充电电路1，另一路连接到阳光检测控制电路并电池过放保护电路2；充电电路1一路连接到充电电池5，另一路连接到阳光检测控制电路并电池过放保护电路2以及LED驱动电路3；阳光检测控制电路并电池过放保护电路2连接到LED驱动电路3；LED驱动电路3输出到LED。
参见图2，充电电路1采用了一个低损耗的二极管D1，它的正极连接到太阳能电池S的正极，负极连接到充电电池BT的正极；太阳能电池S的负极与充电电池BT的负极相连。由于Ni-Cd和Ni-MH充电电池都具有抗过充电的特点，所以本电路不需另加过充电保护电路。
LED驱动电路3采用了上海贝岭公司生产的PFM STEP-UP DC/DCCONVERTER(脉冲频率调制直流-直流升压稳压器)(以下简称为PFM DC/DC升压稳压器)集成电路IC BL8530作为驱动LED的控制器，由于该IC内置了功率晶体管，所以该电路外围无需另加功率晶体管进行扩流。通过结合外围分立器件电感L、二极管D3、电容C和电阻R3等组成了具有恒流驱动LED的功能。
电感L的一端连接电池正极，另一端连接IC的Lx端、二极管D3的正极和LED的正极；二极管D3的负极连接IC的Vout端、电容C的一端；电容C的另一端连接电阻R3的一端和LED的负极；电阻R3的另一端连接到IC的GND端和电池负极；IC的CE端为芯片开启端，高电平时为开。
当电路启动工作时，电感L上储存着升压所需的能量，电容C储存着IC正常工作所需要的电压，而电阻R3则既是限流用的又是过流反馈用的。假定输出端的LED出现电流过大的现象，这个电流信号必然在R3上产生较高的反馈电压，由于电容C上的电压不会瞬间发生变化，所以R3的电压加上电容C的电压必然高于原先的Vout电压，这样就引起了IC内部电路能够检测到输出端有大电流出现，此刻IC内部控制电路将马上启动PFM(脉冲频率调制)工作模式，使输出电流降下来。
为了提高LED的发光效率，该LED驱动电路采用了脉冲式驱动方式，这种方式消除了一般在直流驱动方式中的恒流形式或恒压形式下大电流必须经过肖特基二极管而产生的压降，因此大大降低了整个电路的损耗，提高了整机的效率。
由于采用了脉冲式驱动方式，所以本电路对并联使用的LED其正向导通压降的一致性要求大大降低了，本电路的输出可以直接驱动多个并联的正向导通压降不一致的同型号LED，而不需在每个LED回路中串接均流电阻。
阳光检测控制电路并电池过放保护电路2，实际上是一个合二为一的电路。晶体管T的发射极连接电池的正极；集电极连接电阻R4的一端；R4的另一端连接电阻R2，然后连接IC的CE端；电阻R2的另一端连接电池的负极；晶体管T的基极b连接二极管D2的正极；二极管的负极连接电阻R1的一端；电阻R1的另一端连接太阳能电池的正极。
需要指出的是二极管D2不一定是单个PN结，当充电电池为单节时，二极管D2是一个PN结；当充电电池为双节或多节时，二极管D2是多个PN结；它的数学关系式为：
D2的PN结个数＝(电路总充电电池截止电压-0.5V)/0.5V
计算结果四舍五入后取整。
此处，二极管D2也可以是电压值相对应的稳压管，或者是具有PN结特征的晶体管。
本发明的原理是：白天，当太阳升起来的时候，太阳能电池S上的电压逐渐上升，由于晶体管T、二极管D2和电阻R1回路中的电流急剧下降，从而导致晶体管T的集电极电流变得很小，所以电阻R2上的压降很低，这时IC因CE端电压过低而被关闭。傍晚，太阳下山，太阳能电池S上的电压逐渐下降，当下降到了晶体管T、二极管D2和电阻R1回路中的电流快速增加时，由于晶体管T的集电极电流变大，所以在电阻R2上的电压变高，这时IC因CE端电压升高而被开启，LED灯此刻被点亮。
夜晚，随着LED点亮工作，充电电池BT上的电压将随之慢慢下降，当电池电压放电至1V时(对于超级电容器为0.8V)，由于PN结的作用，晶体管T的Ib电流将快速下降，从而导致晶体管T截止，最终使IC停止工作，所以充电电池BT就不会被过放电了。
在实际应用中也可以将二极管D2与电阻R1的位置互换，其作用不会被改变。
除此之外，图2所示的电路经过一些变换也是可行的，比如在晶体管T的发射极与电池正极之间加接一个电阻，其电路功能不会被改变；又比如电阻R4在整机性能要求不很高的情况下也可以被省略，或者也可以将电阻R4换位接入晶体管T的发射极与电池正极之间等等。
为了减少该电路的外围器件，同时也为了进一步降低整机的成本，开发专用集成电路是可能的。其中可以将电阻R1、R2、R4；二极管D2、D3；晶体管T等器件与PFM DC/DC升压稳压器IC集成在一起，或者也可以将一部分外围器件和PFM DC/DC升压稳压器IC集成起来，成为一款专门应用于太阳能LED灯的ASIC(特定用途的集成电路)。
开发专用器件也是可能的。既可以将二极管D2和晶体管T集成在一起，构成新的功能型晶体管。
以上诸实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴之内，应由各权利要求限定，而纳入权利要求的范围之内。

Claims (9)

1.一种太阳能LED灯电路，包括太阳能电池(4)、充电电池(5)、充电电路(1)和若干个LED，其特征是：它还包括阳光检测控制电路并电池过放保护电路(2)、LED驱动电路(3)，其中：
所述太阳能电池(4)一路连接到充电电路(1)，另一路连接到阳光检测控制电路并电池过放保护电路(2)；
所述充电电路(1)一路连接到充电电池(5)，另一路连接到阳光检测控制电路并电池过放保护电路(2)以及LED驱动电路(3)；
所述阳光检测控制电路并电池过放保护电路(2)的输出连接到LED驱动电路(3)；
所述LED驱动电路(3)输出到LED。
2.根据权利要求1所述的太阳能LED灯电路，其特征在于：所述的LED驱动电路(3)是以脉冲频率调制直流-直流升压稳压器为核心、并通过结合外围分立器件电感(L)、二极管(D3)、电容(C)和电阻(R3)构成了具有恒流驱动LED的电路，其中：
电感(L)的一端连接充电电池(5)的正极，另一端连接IC的(Lx)开关管输出端、二极管(D3)的正极、LED的正极；二极管(D3)的负极连接IC的(Vout)升压输出检测端、电容(C)的一端；电容(C)的另一端连接电阻(R3)的一端、LED的负极；电阻(R3)的另一端连接到IC的(GND)接地端、充电电池(5)的负极；IC的(CE)端为芯片控制端。
3.根据权利要求2所述的太阳能LED灯电路，其特征在于：所述的LED驱动电路(3)采用了脉冲式驱动方式。
4.根据权利要求1所述的太阳能LED灯电路，其特征在于：所述阳光检测控制电路并电池过放保护电路(2)是由晶体管(T)、电阻(R2)、二极管(D2)、以及限流电阻(R1)所组成，其中：
晶体管(T)的发射极连接充电电池(5)的正极；集电极连接电阻(R2)的一端，然后作为LED驱动电路(3)的控制输出；电阻(R2)的另一端连接充电电池(5)的负极；晶体管(T)的基极连接二极管(D2)的正极；二极管的负极连接限流电阻(R1)的一端，限流电阻(R1)的另一端连接太阳能电池的正极。
5.根据权利要求4所述的太阳能LED灯电路，其特征在于：所述二极管(D2)的PN结个数满足计算式：(电路总充电电池截止电压-0.5V)/0.5V的结果四舍五入取整。
6.根据权利要求4所述的太阳能LED灯电路，其特征在于：所述二极管(D2)是与电压值相对应的稳压管。
7.根据权利要求4所述的太阳能LED灯电路，其特征在于：所述二极管(D2)是具有PN结特征的晶体管。
8.根据权利要求4所述的太阳能LED灯电路，其特征在于：在所述的电阻(R2)和晶体管(T)的集电极之间还连接一电阻(R4)。
9.根据权利要求4所述的太阳能LED灯电路，其特征在于：在所述的晶体管(T)的发射极与充电电池(5)的正极之间还连接一电阻(R4)。
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