CN101827472A

CN101827472A - 一种太阳能led灯控制器

Info

Publication number: CN101827472A
Application number: CN200910111211A
Authority: CN
Inventors: 张文龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-09-08

Abstract

本发明公开了一种太阳能LED灯控制器，包括太阳能板、储能电池、功率变换电路、调光电路、光源电路、充电量取样电路、放大电路、单片机电路、按键电路、驱动电路，取样电路对太阳能板给储能电池的充电电流进行实时取样，转化为电压信号后经放大输出给单片机电路，由单片机电路计算累计得出当天的充电量，根据当天充电量与输出控制的对应关系，产生对应的控制信号给调光电路，由调光电路执行对功率变换电路进行调制，使功率变换电路输出对应的不同功率，对光源进行调光，使得相同配置的太阳能板和储能电池在满足光源最低的照明效果的情况下能在更多的连续阴天里也能正常亮灯，从而提高了照明保证率，该技术特别适用于冬天日均日照时间较短的地区使用。

Description

一种太阳能LED灯控制器

技术领域

本发明涉及一种控制器，特别是涉及一种能根据当天充电量来对LED灯组的发光亮度进行控制的LED灯控制器。

背景技术

LED(英文为light emitting diode)即发光二极管，是一种采用电致发光的半导体材料制作而成的，LED具有电压低、效能高、单色性好、适用性强、稳定性好、响应时间短、寿命长、不污染环境等优良特性；LED一般情况下采用低压电源供电，供电电压一般在2-24V之间，更具安全性；LED消耗能量较同光效的白炽灯减少80％；每个单元LED很小，可以制备成各种形状的照明器具，并且适合于不同的环境；由于LED具有如上的优良特性，因此被广泛地应用于装饰照明、信号照明等照明领域中，比如LED灯串就是一种装饰照明灯具，LED灯串其实就是将若干个LED单元按一定规律通过导线连接成组，再将若干个组按一定规律连接成一长串或连接成带或编成网等形状，将多个LED灯串布置在相应的物体或场所上，通过控制器对LED灯的发光模式进行控制，可起到较好的装饰效果，比如可用来对桥梁进行装饰，对小亭楼角进行装饰，对公园、花园进行装饰，对市政设施、店面等公共场所进行装饰等，LED灯串可广泛应用于室内外装饰特别是节日装饰以增添节日气氛。

采用太阳能来对LED灯提供电源，这在现有技术中已是相当普遍，这种方式通常是利用太阳能板吸收太阳光的能量并进行光电转换后向LED灯提供发光的能量，即太阳能板白天对太阳光进行吸收并转化为电能向储能电池充电，夜晚或需要时则由储能电池向LED灯提供电能，使LED灯按所设定的发光模式发光。这种LED灯控制器通常包括太阳能板、储能电池、升压电路、LED灯组电路、单片机电路、按键触发电路、亮灯驱动电路；太阳能板将吸收的太阳光转化为电能向储能电池充电，储能电池通过电压变换电路变换后向LED灯组电路提供电压，由于LED灯组中接有多个单元组的LED灯，储能电池的电压不一定能满足其LED灯组发光所需的电压，因此需要有电压变换电路将储能电池的电压变换至所需的电压；单片机电路用来运行能够控制LED灯组发光模式的程序，按键触发电路通常包括开/关按键和模式选择按键，单片机电路的控制信号输出给亮灯驱动电路，通过亮灯模式驱动电路去控制LED灯组电路按照所设定的模式发光。现有技术所设计太阳灯为将其造价控制在一定范围内通常设计配置为满足5至7天连续阴天使用，其控制器又通常设计为固定输出，或者为降低产品造价将这种控制器最多设计为定时调光控制(如下半夜)，由于无法对LED灯组的在满足其最低相对照明效果的情况下在电池储电量较低或阴天、雨天充电量较少时为提高其照明保证率、满足更长连续阴天使用而对其进行自动调光控制，因此，在阴、雨天当太阳能板的对电池充电电能不足或电池储电量较低时，如果继续按照同样的亮度来让LED灯组亮灯，储能电池的电能就会很快用完，从而影响了LED灯的正常使用时的照明保证率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种太阳能LED灯控制器，通过对太阳能板当天充电量的采集、分析，或者对电池电量的采集、分析，并转化成对光源亮度的控制信号，使得相同配置的太阳能板和储能电池的太阳能光源在满足其最低的照明效果的情况下能在更多的连续阴天里也能正常亮灯，从而提高了该太阳能光源的照明保证率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种太阳能LED灯控制器，包括：

一太阳能板，将吸收的光能量转换成电能输出；

一储能电池，储存电能并向后续电路提供需要的电量；

一功率变换电路，将输入的功率变换至所需的功率输出；

一调光控制电路，在调光控制信号的作用下，执行对功率变换电路进行调制，使功率变换电路输出对应的不同功率，以实现对光源进调光；

一光源组电路，包含有一路或多路光源组；

一充电量取样电路，实时采集太阳能板对电池的充电电流，并将其转化为电压数值信号输出；

一放大电路，对输入端的微弱电压数值信号进行比例放大后输出；

一单片机电路，对输入的数值信号进行计算、分析和处理，并输出对应的控制信号；单片机电路内置有当天充电量与输出控制成对应关系的分析程序以及电池电量与输出控制成对应关系的分析程序；

一按键电路，按受按键的触发，输出对应的按键触发信号；

一驱动电路，执行经单片机电路处理后输给的信号并输出对应的控制信号以驱动光源组的工作；

太阳能板的输出接至储能电池的输入，前者向后者充电；储能电池的输出接至功率变换电路的输入，前者向后者提供电源，后者并按给定的规律变换后输出，同时其变换的规律受调光控制电路的控制；功率变换电路的输出接至光源组电路的输入，前者向后者提供亮灯的功率；充电量取样电路的输入取自太阳能板的输出回路，前者实时采集后者的充电电流并转化为电压数值信号输出；取样电路的输出接至放大电路的输入，后者将前者的采样数值信号进行比例线性放大后输出；放大电路的输出接至单片机电路的一个输入端口，前者向后者输出所采样并经一定比例线性放大后的数值信号，后者对前者输给的数值信号进行计算，累计计算出当天的充电量，并根据当天充电量的多少与给定的值进行比较后，产生对应的调光控制信号；单片机电路中所产生的调光控制信号经单片机的输出端口输出接至调光控制电路的输入端，前者向后者输出调光控制信号；调光控制电路的输出端接至功率变换电路的控制端口，执行对功率变换电路的调制，使功率变换电路输出有级或者无级变化的功率并输出至光源组，以实现对光源组的调光；按键电路的输出接至单片机电路的输入端口，前者向后者输出按键触发信号，后者对前者的触发信号进行分析、处理，产生对应的驱动控制信号；单片机电路的驱动控制输出接至驱动电路的输入，前者向后者输出驱动控制信号；驱动电路的输出接至光源组电路的驱动端，前者向后者输出驱动信号以驱动光源组电路的工作。

进一步的，还包括用来提供开灯或关灯的信号给单片机电路进行判断的光控检测电路，光控检测电路的输入与太阳能板相连接，检测太阳能板的电压并转换开灯或关灯的信号输出给单机或将其所检测到的电压值直接输出给单片机并由单片机分析判断输出开灯或关灯的信号，以实现自动开灯和关灯的功能，光控检测电路的输出与单片机电路相连接。

进一步的，还包括用来关闭功率变换电路的工作以降低功耗的使能控制电路，使能控制电路的输入与单片机电路相连接，使能控制电路的输出与功率变换电路相连接。

进一步的，还包括用来对储能电池的电压、电量进行检测的电池电压/电量检测电路，电池电压/电量检测电路的输入与储能电池相连接，其输出与单片机电路相连接；该电池电压/电量检测电路对所检测到的电池电压低于设定值时发出电池低电压信号至单片机或直接将其电压信号送至单片机并由单片机进行判断并输出低电压信号以经由单片机处理执行关灯实现电池过放保护的功能，而对电池电压/电量检测电路检测到的相对应于电池电量的信号同样发至单片机，经单片机处理后输出对应的调光控制信号至调光控制电路实现根据电池电量进行自动调光的功能。

所述的光源为LED灯、气体放电灯或钨丝灯。

所述单片机电路内还包括能够对灯的开和/或关进行定时和/或延时处理的程序；单片机电路根据按键触发情况进行分析、判断后产生并输出相关指令，实现对灯的开和/或关、以及进行定时和/或延时的模式，并在所述按键电路的触发下改变不同的对应模式。

所述的取样电路为电阻，该电阻串接在太阳能板对储能电池的充电回路中。

功率变换电路可以是通过调电压或调电流的方式来实现调光，也可以是其他的调光方式如变频调光、脉宽调光等方式。

本发明的一种太阳能LED灯控制器，是利用充电取样电路对太阳能板给储能电池的充电电流进行实时取样，充电取样电路将取样电流转化为电压数值信号并经比例线性放大后输出给单片机电路，由单片机电路进行计算，累计计算得出当天的充电量，并根据当天充电量的多少与给定的值进行比较后产生对应的调光控制信号；单片机电路中所产生的调光控制信号经单片机的输出端口输出接至调光控制电路的输入端，调光控制电路接收到其控制信号后转换并输出对应的调制信号接至功率变换电路的控制端口，执行对功率变换电路的调制，使功率变换电路输出有级或者无级变化的功率并输出至光源组，以实现对光源的调光；为保证雨天或充电量极少的阴天天气也能让光源的亮度达到一定的装饰照明所应有的照明效果，预先设计有最低亮灯功率档，如当天的累计充电量不能满足即低于当天夜间全功率输出若干(如可设定为6h、8h、1Oh、12h等)连续亮灯时间所需的总电量时则自动转为低功率档(低档)输出，高于该电量则自动转为全功率档(高档)输出，从而实现了两档自动调光，或设计成为当天累计充电量与亮灯功率档一一对应值则可实现多档调光，或设计成为无数个一一对应值或设计成对应的自动比例调节即可实现无级调光；其中如当天累计充电量多于当天夜间所执行该档亮灯模式和亮灯时间所需的电量时则多余的电量留存于电池中，反之，不足的电量则由原储存于电池中的电量自动补给；这样就可以通过设定合理的参数以满足该灯在更多的连续阴天里也能正常亮灯。

本发明的有益效果是，由于采用了一太阳能板、一储能电池、一功率变换电路、一调光控制电路、一光源组电路、一充电量取样电路、一放大电路、一单片机电路、一按键电路、一驱动电路来构成LED灯控制器；且充电量取样电路的输入接至太阳能板，前者实时采集后者的充电电流并转化为电压数值信号输出；充电量取样电路的输出接至放大电路的输入，后者将前者的采样信号进行比例线性放大后输出；放大电路的输出接至单片机电路的输入，前者向后者输出经比例线性放大后的采样信号，后者对前者输给的采样信号进行计算，累计计算出当天的充电量，并根据当天充电量与输出控制的对应关系，产生对应的调光控制信号，使功率变换电路在调光控制电路的控制下输出对应的功率。该LED灯控制器通过对太阳能板当天充电量的采集、分析，并转化成对光源亮度的控制信号，使得灯在更多的连续阴天里也能正常亮灯，从而提高了该太阳能灯的装饰照明保证率。采用这种技术后，既节约了产品的造价，又使产品的适应性得到很大的提高，特别适用于冬天日均日照时间较短的地区使用。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种太阳能LED灯控制器不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的电路框图；

图2是本发明的电路原理图。

具体实施方式

参见图1所示，本发明的一种太阳能LED灯控制器，是使用于对LED灯进行控制，即光源为LED灯，对于光源为气体放电灯或钨丝灯，也可采用相似的方式；功率变换电路是通过调电压的方式来实现，即功率变换电路采用的是电压变换电路，当然调光方式还以是改变电流调光、变频调光或脉宽调光等方式。

该太阳能LED灯控制器，包括：

一太阳能板11，将吸收的光能量转换成电能输出；

一储能电池12，储存电能并向后续电路提供需要的电量；

一电压变换电路13，将输入的电压变换至所需的电压后并输出；

一调光控制电路14，在调光控制信号的作用下，执行对电压变换电路进行调制，使电压变换电路输出对应的不同的电压，以实现对LED灯组进调光；

一LED灯组电路15，包含有一路或多路LED灯组；

一充电量取样电路16，实时采集太阳能板对电池的充电电流，并将其转化为电压数值信号输出；

一放大电路17，对输入端的微弱电压数值信号进行比例放大后输出；

一单片机电路18，对输入的数值信号进行计算、分析和处理，并输出对应的控制信号；单片机电路18内置有当天充电量与输出控制成对应关系的分析程序以及电池电量与输出控制成对应关系的分析程序，还内置有控制包括灯的开、关、亮灯模式、定时模式、保护、记忆、控制信号转换等控制程序；

一按键电路19，按受按键的触发，输出对应的按键触发信号；

一驱动电路20，执行经单片机电路18处理后输给的信号并输出对应的控制信号以驱动光源组的工作；

太阳能板11的输出接至储能电池12的输入，前者向后者充电；储能电池12的输出接至电压变换电路13的输入，前者向后者提供电源，后者将前者的电压按给定的规律变换后输出，同时其变换的规律受调光控制电路14控制；电压变换电路13的输出接至LED灯组电路15的输入，前者向后者提供亮灯的电压；充电量取样电路16的输入取自太阳能板11的输出回路，前者实时采集后者的充电电流并转化为电压数值信号输出；取样电路16的输出接至放大电路17的输入，后者将前者的采样数值信号进行比例线性放大后输出；放大电路17的输出接至单片机电路18的一个输入端口，前者向后者输出所采样并经一定比例线性放大后的数值信号，后者对前者输给的数值信号进行计算，累计计算出当天的充电量，并根据当天充电量的多少与给定的值进行比较后，产生对应的调光控制信号；单片机电路18中所产生的调光控制信号经单片机的输出端口输出接至调光控制电路14的输入端，前者向后者输出调光控制信号；调光控制电路14的输出端接至电压变换电路13的电压控制端口，执行对电压变换电路13的调制，使电压变换电路13输出有级或者无级变化的电压并输出至LED灯组15，以实现对LED灯组15的调光；按键电路19的输出接至单片机电路18的输入端口，前者向后者输出按键触发信号，其信号包括开灯、关灯、亮灯模式、亮灯定时模式、亮灯或关灯延时模式、状态转换模式等，后者对前者的触发信号进行分析、处理，产生对应的驱动控制信号；单片机电路18的驱动控制输出接至驱动电路20的输入，前者向后者输出驱动控制信号；驱动电路20的输出接至LED灯组电路15的驱动端，前者向后者输出驱动信号以驱动LED灯组电路15的工作。

其中：

进一步的，还包括用来提供开灯或关灯的信号给单片机电路进行判断的光控检测电路21，光控检测电路21的输入与太阳能板11相连接，检测太阳能板11的电压并转换开灯或关灯的信号输出给单机或将其所检测到的电压值直接输出给单片机18并由单片机18分析判断输出开灯或关灯的信号，以实现自动开灯和关灯的功能，光控检测电路21的输出与单片机电路18相连接；

进一步的，还包括用来关闭电压变换电路13的工作以降低功耗的使能控制电路22，使能控制电路22的输入与单片机电路18相连接，使能控制电路22的输出与电压变换电路13相连接；

进一步的，还包括用来对储能电池12的电压、电量进行检测的电池电压/电量检测电路23，电池电压/电量检测电路23的输入与储能电池12相连接，其输出与单片机电路18相连接；该电池电压/电量检测电路23对所检测到的电池电压低于设定值时发出电池低电压信号至单片机18，或直接将其电压信号送至单片机18，由单片机18进行判断并输出低电压信号，以经由单片机18处理执行关灯实现电池12过放保护的功能，而对电池电压/电量检测电路23检测到的相对应于电池电量的信号同样发至单片机18，经单片机18处理后输出对应的调光控制信号至调光控制电路14，实现根据电池电量进行自动调光的功能；

在单片机电路18内还包括能够对光灯的开和/或关进行定时和/或延时处理的程序；单片机电路根据按键触发情况进行分析、判断后产生并输出相关指令，实现对灯的开和/或关、以及进行定时和/或延时的模式，并在所述按键电路的触发下改变不同的对应模式。

参见图2所示，本发明的一种太阳能LED灯控制器，其中：

充电量取样电路16为电阻R21，该电阻R21串接在太阳能板Solar对储能电池Battery的充电回路中；

太阳能板Solar对储能电池Battery的充电回路中还接有二极管D1，该二极管D1的正极与储能电池Battery的正极相连接，二极管D1的负极与太阳能板Solar的正极相连接；

电压变换电路13由电感L1、芯片IC2、二极管D2和三极管Q7构成；

调光电路14由三极管Q8、三极管Q9、电阻R17、电阻R18、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R30、电阻R31组成，实现对LED灯进行调光，其中三极管Q8导通时为一种亮度，三极管Q9导通时为另一种亮度，本实施例为二级调光，当然也可以设计成多级调光，继续增加三极管的数量即可实现更多级别的调光，当然，还可以选择通过对三极管Q8或三极管Q9的调制，以实现无级调光；

LED灯组电路15包含有LED1灯单元、LED2灯单元、LED3灯单元、LED4灯单元等四条灯单元，当然还可以根据需要设置更多条的灯单元；

放大电路17由放大器IC6、电阻R22、电阻R23组成；

单片机电路18由芯片IC1组成；

按键电路19由按钮S1、按钮S2、电阻R7、电阻R8、电容C1、电容C2组成，按钮S1、按钮S2分别为定时键、开关/模式转换键，用来实现其定时、开关以及亮灯模式的切换和状态的转换；

驱动电路20由三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16组成，其中，三极管Q3、电阻R9、电阻R13组成第一路驱动与LED1灯单元相连接，三极管Q4、电阻R10、电阻R14组成第二路驱动与LED2灯单元相连接，三极管Q5、电阻R11、电阻R15组成第三路驱动与LED3灯单元相连接，三极管Q6、电阻R12、电阻R16组成第四路驱动与LED4灯单元相连接，亮灯驱动电路20的驱动路数与LED灯组电路15的灯单元数相同；

光控检测电路21由三极管Q2、电阻R4、电阻R5、电阻R6组成，以提供开灯或关灯的信号给芯片IC1作判断；

使能控制电路22由二极管D203、二极管D204组成，二极管D203、二极管D204是对芯片IC2的使能端进行控制以降低功耗，即在不须要亮灯时如白天，使IC2处于停止状态，以降低整机待机功耗；

电池电压/电量检测电路23由芯片IC5组成，当电池电压低于设定值时，芯片IC5的Vout(即IC5-1)输出状改变提供给芯片IC1判断，决定是否关机，以实现电池过放保护；

芯片IC3为稳压器，用来向放大器IC6提供电源；

芯片IC4为稳压器，用来向芯片IC1提供电源；

本发明的一种太阳能LED灯控制器，是利用充电量取样电路16对太阳能板11给储能电池12的充电电流进行实时取样，充电量取样电路16将取样电流转化为电压数值信号并经比例线性放大后输出给单片机电路18，由单片机电路18进行计算，并累计计算得出当天的充电量，并根据当天充电量的多少与给定的值进行比较后产生对应的调光控制信号；单片机电路18中所产生的调光控制信号经单片机的输出端口输出接至调光控制电路14的输入端，调光控制电路14接收到其控制信号后转换并输出对应的调制信号接至电压变换电路13的电压控制端口，执行对电压变换电路13的调制，使电压变换电路13输出有级或者无级变化的电压并输出至LED灯组15，以实现对LED灯组15的调光；为保证雨天或充电量极少的阴天天气也能让LED灯组15的亮度达到一定的装饰照明所应有的照明效果，预先设计有最低亮灯功率档，如当天的累计充电量不能满足即低于当天夜间全功率输出若干(本例设定8h)连续亮灯时间所需的总电量时则自动转为低功率档(低档)输出、高于该电量则自动转为全功率档(高档)输出、从而实现了两档自动调光，其中如当天累计充电量多于当天夜间所执行该档亮灯模式和亮灯时间所需的电量时则多余的电量留存于电池中，反之、不足的电量则由原储存于电池中的电量自动补给；这样就可以通过设定合理的参数以满足该灯在更多的连续阴天里也能正常亮灯，本例的设计在配置相同的太阳能板和储能电池的情况下电池充满电可满足连续4至5天阴天提高至8至10天正常亮灯。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种太阳能LED灯控制器，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种太阳能LED灯控制器，其特征在于：包括：

一太阳能板，将吸收的光能量转换成电能输出；

一储能电池，储存电能并向后续电路提供需要的电量；

一功率变换电路，将输入的功率变换至所需的功率输出；

一光源组电路，包含有一路或多路光源组；

一按键电路，按受按键的触发，输出对应的按键触发信号；

2.根据权利要求1所述的一种太阳能LED灯控制器，其特征在于：进一步的，还包括用来提供开灯或关灯的信号给单片机电路进行判断的光控检测电路，光控检测电路的输入与太阳能板相连接，检测太阳能板的电压并转换开灯或关灯的信号输出给单机或将其所检测到的电压值直接输出给单片机并由单片机分析判断输出开灯或关灯的信号，以实现自动开灯和关灯的功能，光控检测电路的输出与单片机电路相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能LED灯控制器，其特征在于：进一步的，还包括用来关闭功率变换电路的工作以降低功耗的使能控制电路，使能控制电路的输入与单片机电路相连接，使能控制电路的输出与功率变换电路相连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种太阳能LED灯控制器，其特征在于：进一步的，还包括用来对储能电池的电压、电量进行检测的电池电压/电量检测电路，电池电压/电量检测电路的输入与储能电池相连接，其输出与单片机电路相连接；该电池电压/电量检测电路对所检测到的电池电压低于设定值时发出电池低电压信号至单片机或直接将其电压信号送至单片机并由单片机进行判断并输出低电压信号以经由单片机处理执行关灯实现电池过放保护的功能，而对电池电压/电量检测电路检测到的相对应于电池电量的信号同样发至单片机，经单片机处理后输出对应的调光控制信号至调光控制电路实现根据电池电量进行自动调光的功能。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能LED灯控制器，其特征在于：所述的光源为LED灯、气体放电灯或钨丝灯。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能LED灯控制器，其特征在于：所述单片机电路内还包括能够对灯的开和/或关进行定时和/或延时处理的程序；单片机电路根据按键触发情况进行分析、判断后产生并输出相关指令，实现对灯的开和/或关、以及进行定时和/或延时的模式，并在所述按键电路的触发下改变不同的对应模式。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能LED灯控制器，其特征在于：所述的取样电路为电阻，该电阻串接在太阳能板对储能电池的充电回路中。