CN101776241B

CN101776241B - 一种led太阳能照明装置

Info

Publication number: CN101776241B
Application number: CN2010101267492A
Authority: CN
Inventors: 李再生
Original assignee: FUJIAN MINNENG OPTICAL ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: MINNENG PHOTOELECTRIC GROUP CO., LTD.
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2030-03-12
Also published as: CN101776241A

Abstract

本发明公开一种LED太阳能照明装置，包括太阳能板、充电开关、电池、供电开关、逆变器、LED、MCU、充电比较器和供电比较器，太阳能板、充电开关、电池、供电开关、逆变器、LED依次连接，充电比较器的两个输入端分别连接太阳能板的正极和电池的正极，输出端连接至充电开关；而供电比较器采用迟滞比较器，其输入端分别连接太阳能板的负极和电池的负极，比较二者的负极电位差后将结果送入MCU，MCU根据比较结果控制供电开关的通断。此种照明装置采用迟滞比较器比较太阳能板与电池的负极电压，进行比较后控制电池对LED供电与否，控制方式准确，且不易受外界干扰。

Description

一种LED太阳能照明装置

技术领域

本发明属于照明领域，特别涉及一种LED太阳能照明装置。

背景技术

随着人们节能环保观念的增强，很多照明装置不再采用市电供电，而是采用洁净易于获取的太阳能供电，同时，也不再使用白炽灯作为光源，而是使用节能、使用寿命长的LED。目前很多路灯都是LED太阳能路灯，尽管具有了前述太阳能供电、LED的各种优点，却仍有其不足存在：

(1)目前在对太阳能路灯进行开关控制时，存在着很多种方式，如采用定时开关的方式、或是使用光控开关，对于定时开关而言，是设定时间控制路灯的开关，这种控制方式比较死板，对于某些特殊情况，如阴天时天色很早就暗下来，无法进行适应性调整，使用效果不佳；而对于光控开关来说，其是利用光敏电阻可根据所感应外界光线的强弱而变化阻值的特性，将其连接在控制回路中，当环境亮度降低时，光敏电阻的阻值变大，光控开关导通，路灯开始发光，这样可有效避免前述定时开关的缺陷，然而，由于光敏电阻受环境的温度、湿度影响较大，特别是在长时间使用后，在外界环境的影响下造成误差变大，容易引起光控开关的误动作，失去使用的目的；

(2)太阳能板吸收外界光线，转化为电能然后为电池充电，对电池的充电电压高低仅取决于光线的强弱，也即当光照较强时，太阳能板可持续为电池充电，然而电池的蓄电量是有限的，长时间充电后，容易造成电池过充；另一方面，若电池中存储电量较少，并不能满足一整夜的照明需求，又会引起电池的过放，前面两种情况都会对电池的使用寿命造成严重影响，缩短电池的使用寿命；

(3)电池在对LED进行供电照明时，其供电电压往往取决于其存储电量，造成供电电压不稳，也会对LED的使用造成影响，缩短LED的使用寿命。

有鉴于前述分析，现有的LED太阳能照明装置存在着诸多问题，实有待改进。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种LED太阳能照明装置，其可有效实现电池对LED供电与否的控制，控制方式准确，不易受外界干扰。

本发明的次要目的，在于提供一种LED太阳能照明装置，其可为LED提供稳定的供电电压，延长LED的使用寿命。

本发明的再一目的，在于提供一种LED太阳能照明装置，其可避免电池盒LED在高温下工作，提高工作稳定性。

本发明的又一目的，在于提供一种LED太阳能照明装置，其可防止电池过放，延长使用寿命。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种LED太阳能照明装置，包括太阳能板、充电开关、电池、供电开关、逆变器、LED、MCU、充电比较器和供电比较器，太阳能板、充电开关、电池、供电开关、逆变器、LED依次连接，充电比较器的两个输入端分别连接太阳能板的正极和电池的正极，输出端连接至充电开关；而供电比较器采用迟滞比较器，其输入端分别连接太阳能板的负极和电池的负极，比较二者的负极电位差后将结果送入MCU，MCU根据比较结果控制供电开关的通断。

上述充电开关和供电开关均采用NMOS开关电路。

上述电池与LED之间还连接有一恒流控制电路，MCU以PWM方式控制恒流控制电路的工作。

上述MCU还连接有感测电池及LED温度的温度感应控制电路，并根据温度感应控制电路的感测结果控制充电开关及供电开关的通断。

上述MCU还连接有过放保护电路，所述过放保护电路包括过放采样电路和过放比较器，过放比较器的一个输入端连接用于采样电池电压的过放采样电路输出端，另一个输入端连接基准电压，而过放比较器的输出端连接MCU，MCU根据过放比较器的比较结果控制供电开关的通断。

上述MCU还连接有过充保护电路，所述过充保护电路包括过充采样电路和过充比较器，过充比较器的一个输入端连接用于采样电池电压的过充采样电路输出端，另一个输入端连接基准电压，而过充比较器的输出端连接MCU，MCU根据过充比较器的比较结果控制充电开关的通断。

上述MCU还连接有一浮充电路，所述浮充电路包括浮充采样电路和浮充比较器，过充比较器的一个输入端连接用于采样电池电压的过充采样电路输出端，另一个输入端连接基准电压，而过充比较器的输出端连接MCU，当采样电池电压高于基准电压时，MCU控制充电开关断开，而当采样电池电压低于基准电压时，MCU控制充电开关接通，太阳能板对电池进行浮充。

采用上述方案后，本发明具有以下改进：

(1)电池对LED的供电控制采用迟滞比较器，迟滞比较器的两个输入端分别采样太阳能板的负极电位和电池的负极电位，并比较二者的电位差，若太阳能板的负极采样电位高于电池的负极采样电位，则说明是白天，MCU控制供电开关断开，电池不对LED供电；当太阳能板的负极采样电位低于电池的负极采样电位时，迟滞比较器输出低电平，作用于MCU，控制供电开关闭合，电池为LED供电；本发明所提供的控制方式通过比较太阳能板与电池的负极电位差来实现的，是从根本上进行白天或夜晚的判断，受外界环境影响极小，因此判断结果准确性高；另外，采用迟滞比较器比普通的比较器响应速度快，可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡，提高测量的准确性；

(2)充电开关和供电开关采用NMOS开关电路，相比PMOS开关电路发热量小，可延长使用寿命；

(3)电池通过一恒流控制电路对LED供电，并采用PWM控制，可对电池的输出电流进行恒流处理，保证加载在LED上电压的稳定性，延长LED的使用寿命；

(4)本发明还可设置温度感应控制电路，用以感测LED及电池的温度情况，并将感测结果送入MCU，MCU可根据感测结果随时了解LED及电池的温度状况，并在温度过高时控制充、供电开关的动作，避免元器件在高温下持续工作而烧坏，确保装置工作的稳定性；

(5)本发明还设有过放保护电路，通过比较电池电压与基准电压的大小，在电池电压低于基准电压时，控制供电开关断开，电池不再输出电压，从而保护电池的过放。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2、图3是本发明的电路图，其中U1表示图3中的电路，而Y2表示图2中的电路。

具体实施方式

以下结合附图及实际电路对本发明的特征及工作原理进行详细说明。

参考图1所示，本发明提供一种LED太阳能照明装置，包括太阳能板1、充电开关2、电池3、供电开关4、逆变器5、LED 6、MCU 7、充电比较器8和供电比较器9，以下分别就前述组件的功能及连接方式进行介绍。

首先参考图1所示，太阳能板1、充电开关2、电池3、供电开关4、逆变器5、LED 6依次顺序连接，太阳能板1采集外界光线，并将光能转化为电能供给电池3，电池3将电能转化为化学能存储，并在需要时为LED 6提供工作电压，逆变器5用于将电池3输出的直流电转换为LED 6需要的交流电，前述均为习用电路结构，而充电开关2、供电开关4分别用于控制充电回路和供电回路的通断。

再请参考图2所示，J1为太阳能板1的输入端口，J2为电池3的输入端口，J3连接LED 6。

结合图2所示，充电开关2是采用了两个场效应管Q1、Q2构成的双向开关电路，由于NMOS开关所需的启动功率非常小，因此很适合作为太阳能板1对电池3充电的高效率开关。

充电比较器8为图2中的IC1B，其两个输入端分别连接太阳能板1与电池3的正极电压，具体是利用电阻R3、R2采样太阳能板1的电压，而利用电阻R1、R5采样电池3的电压，经比较器IC1B进行比较后，输出端连接场效应管Q1的栅极，以控制场效应管Q1的关断或打开，具体来说，当太阳能板1感应外界光线产生的电压高于电池3的电压时，场效应管Q1打开，太阳能板1可对电池3充电，反之，当太阳能板1的电压低于电池3的电压时，场效应管Q1关断，太阳能板1不对电池3充电。

供电开关4在图2中采用场效应管Q3，而供电比较器9采用迟滞比较器，所谓迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器，如果输入信号UIN在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动(起伏)，而在电路中引入正反馈可以克服这一点，迟滞比较器加有正反馈可以加快比较器的响应速度，除此之外，由于迟滞比较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。

如图2所示，本发明是采用迟滞比较器来检测太阳能板1感应到环境光线所产生的负极电位跟电池3负极的电位差来判断白天黑夜自动开关的，太阳能板1的PGND负端通过电阻R42、R43分压，再通过稳压管D4、D5给比较器IC5B的正端，跟由电阻R46、R44提供的基准电压进行比较，当白天时，比较器IC5B的正端输入电压比负端基准电压高，比较器IC5B输出正电压，经过比较器IC5A的输出端也输出为高电压，然后给MCU 7(单片机IC4)的信号使单片机IC4的引脚9输出低电平，控制场效应管Q3关断，相反当太阳能板1的负极采样电压较低时，相当于是晚上，则场效应管Q3打开，电池3为LED 6供电。

另外，为了保持电池3输出电压的稳定性，延长LED 6的使用寿命，本实施例还可在电池3与LED 6之间连接一恒流控制电路31，如图1所示，其具体可连接在任意位置，如电池3与供电开关4之间、供电开关4与逆变器5之间，甚至是逆变器5与LED 6之间；再请参考图2所示，所述恒流控制电路31是由QY320、QY321组成的高效率恒流电路，采用频率抖动技术可有效地改善电磁干扰，同时，恒流控制电路31在MCU 7的控制下工作，采用从满量程向下到零的PWM调光，调光比可达5000∶1，安全可靠。

另外，无论电池3还是LED 6，在长时间工作后温度升高，影响工作，严重时甚至烧坏元器件，因此本实施例中还设有温度感应控制电路71参考图1所示，其可感测电池2及LED 6的温度状况，并将感测结果送入MCU 7，MCU 7将感测结果与预设的标准值进行比较，当发现温度较高时则控制相应的充电开关2(当电池3的温度较高时)或供电开关4(当LED 6的温度较高时)断开，以确保照明装置的工作稳定性。具体在本实施例中，如图2所示，是采用电流型集成温度传感器，它的工作原理是：在一定温度下，它相当于一个恒流源，输出电流与绝对温度成正比，因此，这种温度传感器不易受接触电阻和引线电阻的影响以及电压噪声的干扰，抗干扰性较好。当电池3或LED 6的温度较高时，经过取样电阻R的电流进入AD590，进行电流线性变换，实现电流到电压的转换，然后电压值反馈给单片机IC4的引脚11和引脚12，经单片机IC4的引脚9输出PWM脉冲信号控制场效应管Q 3的打开或关断，从而对电池3或LED 6进行保护。

有时因为阴天等原因，造成电池3存储的电量较低，而若持续对LED 6供电，就会造成电池3过放，影响使用寿命，为了避免这种情况，本实施例还设置有过放保护电路61，包括过放采样电路和过放比较器，结合图2所示，电阻R8、R9、R34构成过放采样电路，过放比较器采用图2中的IC1A，工作时，过放采样电路对电池3的电压进行采样，并送入比较器IC1A的正端，而比较器IC1A的负端连接基准电压(10.8V)，若电池3的采样电压低于10.8V，比较器IC1A输出低电平至单片机IC4的引脚1，从而单片机IC4的引脚9输出低电平，场效应管Q3关断，电池3没有输出，从而防止其过放。另外，由于电池3具有自动恢复电压的功能，因此还由比较器IC3B、电阻R30-R33组成复位电路，当电阻R30、R31采样的电压高于负端的基准电压(12V)时，比较器IC3B向单片机IC4的引脚18输出高电压，由引脚9输出高电压，控制场效应管Q3打开，电池3重新开始输出电压。

另外，当天气状况较好时，又会存在太阳能板1的供电量较多，而过充的情形，同样影响电池3的使用寿命，因此本实施例中还设计有对电池3的过充保护电路62，具体可参考图2所示，设有两个预设值，分别是过充电压值14.25V和浮充电压值13.8V，借助两个比较器IC2A、IC3A来控制场效应管Q1、Q2的工作状态，进而控制太阳能板1是否对电池3充电及充电方式。

其中，过充保护电路62包括过充采样电路和过充比较器，在充电过程中，电池3两端的电压持续上升，同时由电阻R27、R26、R35组成的过充采样电路将电池3的分压电压送入过充比较器IC3A的正端(采样端)，而比较器IC3A的负端(基准电压端)由电阻R28、R29共同作用，提供基准电压2.5V，当电池3中的电量较少时，反映在比较器IC3A的正端采样电压低于负端的基准电压，此时比较器IC3A输出低电平至单片机IC4的引脚17，此时单片机IC4的引脚8控制场效应管Q2打开，太阳能板1继续为电池3充电；而若比较器IC3A的正端采样电压高于负端的基准电压，说明此时电池3已经充满，则单片机IC4的引脚17输入高电平，场效应管Q2关断，停止充电，实现对电池3的保护。

为了进一步保护电池3，并充分利用太阳能板1产生的电量，本实施例更设计有浮充电路63，其包括浮充采样电路和浮充比较器，当电池3停止充电后，受自身损耗等因素的影响，电池3的电压会慢慢下降，此时通过电阻R50、R51所构成的浮充采样电路，将采样的电池电压送入浮充比较器IC2A的正端，而负端由电阻R18、R20产生基准电压2.5V，当电池3的电压还未下降到浮充电压值13.8V时，比较器IC2A输出高电平至单片机IC4的引脚10，由于引脚10只有在引脚17为高电平时才有效，因此此时引脚8控制场效应管Q2关断，不会对电池3充电；只有当电池3的电压下降到低于13.8V时，比较器IC2A输出低电平，单片机IC4的引脚8控制场效应管Q2打开，太阳能板1对电池3进行浮充，使电池3的电压保持在13.8的状态，从而延长电池3的使用寿命。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种LED太阳能照明装置，其特征在于：包括太阳能板、充电开关、电池、供电开关、逆变器、LED、MCU、充电比较器和供电比较器，太阳能板、充电开关、电池、供电开关、逆变器、LED依次连接，充电比较器的两个输入端分别连接太阳能板的正极和电池的正极，输出端连接至充电开关；而供电比较器采用迟滞比较器，其输入端分别连接太阳能板的负极和电池的负极，比较二者的负极电位差后将结果送入MCU，MCU根据比较结果控制供电开关的通断。

2.如权利要求1所述的一种LED太阳能照明装置，其特征在于：所述充电开关和供电开关均采用NMOS开关电路。

3.如权利要求1所述的一种LED太阳能照明装置，其特征在于：所述电池与LED之间还连接有一恒流控制电路，MCU以PWM方式控制恒流控制电路的工作。

4.如权利要求1所述的一种LED太阳能照明装置，其特征在于：所述MCU还连接有感测电池及LED温度的温度感应控制电路，并根据温度感应控制电路的感测结果控制充电开关及供电开关的通断。

5.如权利要求1所述的一种LED太阳能照明装置，其特征在于：所述MCU还连接有过放保护电路，所述过放保护电路包括过放采样电路和过放比较器，过放比较器的一个输入端连接用于采样电池电压的过放采样电路输出端，另一个输入端连接基准电压，而过放比较器的输出端连接MCU，MCU根据过放比较器的比较结果控制供电开关的通断。

6.如权利要求1所述的一种LED太阳能照明装置，其特征在于：所述MCU还连接有过充保护电路，所述过充保护电路包括过充采样电路和过充比较器，过充比较器的一个输入端连接用于采样电池电压的过充采样电路输出端，另一个输入端连接基准电压，而过充比较器的输出端连接MCU，MCU根据过充比较器的比较结果控制充电开关的通断。

7.如权利要求6所述的一种LED太阳能照明装置，其特征在于：所述MCU还连接有一浮充电路，所述浮充电路包括浮充采样电路和浮充比较器，过充比较器的一个输入端连接用于采样电池电压的过充采样电路输出端，另一个输入端连接基准电压，而过充比较器的输出端连接MCU，当采样电池电压高于基准电压时，MCU控制充电开关断开，而当采样电池电压低于基准电压时，MCU控制充电开关接通，太阳能板对电池进行浮充。