CN102196639A - 太阳能led灯智能控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能LED灯智能控制电路，包括光控电路、电池电压检测电路、充电控制电路、PWM恒流控制电路、LED短路控制电路，和内置多级时控电路、看门狗电路、PWM及AD转换功能的单片机、单片机供电电路、单片机复位电路，光控电路和电池电压检测电路的输入端分别连接到充电控制电路中，其输出端分别连接到单片机的PA2口和PA0口，PWM恒流控制电路包括PWM恒流驱动电路和LED串并组合灯组，PWM恒流驱动电路输入端连接到单片机PA4口的PWM端，PWM恒流驱动电路中有一LED灯组电流采样端连接到单片机的PA1口，LED短路控制电路连接于PWM恒流控制电路与单片机PA3口之间，单片机复位电路由单片机的看门狗电路控制；具有可以准确设置充电电压保护点、无热能耗限流驱动、可以延长阴雨天气照明时间的有益效果。

Description

太阳能LED灯智能控制电路

技术领域

本发明涉及到一种户外LED灯的控制电路，尤其是一种太阳能LED灯智能控制电路。

背景技术

现有技术中，太阳能LED灯控制电路通常都包括有光控电路、电池电压检测电路、充电控制电路，时下有许多太阳能充电控制电路都是由运算放大器、稳压管和场效应管组成，运算放大器构成比较电路用来检测电池过充保护点。从结构上来说过于复杂，因其是采用模拟方式控制，难以调试过充保护电压点和恢复充电电压点，而且还有一个较大问题是，很容易出现临界点，如果过充保护电压点和恢复充电电压点一旦设置不合理，出现临界状态就会造成反反复复地在充电和断开充电间切换，长期如此动作将减少电池寿命；另外LED驱动现有常见方案是采用电阻限流线性方式，当电池电压高出LED串联组较多时，那么会有相当一部分能量会在电阻上以散热方式损耗掉，浪费能源；太阳能LED灯还有一个问题是，当出现连续几天阴雨天时，会严重影响其使用，如何延长阴雨天气太阳能LED灯的照明时间，也是我们需要解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以准确设置充电电压保护点、无热能耗限流驱动、可以延长阴雨天气照明时间的太阳能LED灯智能控制电路。

为了解决上述技术问题，本发明太阳能LED灯智能控制电路的技术方案是：包括光控电路、电池电压检测电路、充电控制电路，其特征在于：还包括PWM恒流控制电路、LED短路控制电路，还包括内置多级时控电路、看门狗电路、PWM及AD转换功能的单片机以及单片机供电电路和单片机复位电路，所述的光控电路和电池电压检测电路的输入端分别连接在充电控制电路的输出端，光控电路和电池电压检测电路的输出端分别连接到单片机的输入端PA2口和PA0口，所述PWM恒流控制电路包括PWM恒流驱动电路和连接其输出端的LED串并组合灯组，所述PWM恒流驱动电路输入端连接到单片机PA4口的PWM输出端，PWM恒流驱动电路中有一LED灯组电流采样端连接到单片机的PA1口，所述LED短路控制电路连接于PWM恒流控制电路与单片机输入端PA3口之间，所述单片机复位电路由单片机的看门狗电路控制。

作为本发明的优选技术方案之一是：所述的充电控制电路与单片机供电电路之间，在单片机供电电路输入端连接有一个保护电池正负极反接的二极管D3。

作为本发明的优选技术方案之二是：所述的光控电路中晶片电压是经过两个电阻R14和R23分压后输入单片机PA2口的，通过单片机内部AD数字转换电路比较来控制亮灯灭灯。

作为本发明的优选技术方案之三是：还包括一个功率切换拨码开关，连接到所述单片机的PB3和PB4口上。

作为本发明的优选技术方案之四是：所述单片机是一种型号为46R065的单片机。

本发明的有益效果是：由于本发明采用了内置多级时控电路、看门狗电路、PWM及AD转换功能的单片机控制各个功能电路，可以通过软件准确设置充电电压保护点，更可以利用单片机PWM功能和时控功能，节约电池的能源，使其在连续几天阴雨天时，还可以保持供给LED灯照明电能，所以本发明具有可以准确设置充电电压保护点、无热能耗限流驱动、可以延长阴雨天气照明时间的有益效果，同时结合本发明优选技术方案，可以实现对太阳能LED灯的光控、时控、自动降流控制、PWM恒流控制、过充保护、过放保护、LED短路保护、电池正负极反接保护等功能，而且还能够通过功率切换拨码开关的档位切换去实现对几种不同功率太阳能LED灯的智能控制。

附图说明

下面结合附图对本发明的太阳能LED灯智能控制电路作更详细的说明。

图1是本发明太阳能LED灯智能控制电路的电路图。

具体的实施方式：

由图1所示，本发明太阳能LED灯智能控制电路的技术方案是：包括光控电路1、电池电压检测电路2、充电控制电路3，还包括PWM恒流控制电路4、LED短路控制电路5，还包括内置多级时控电路、看门狗电路、PWM及AD转换功能的单片机9以及单片机供电电路6和单片机复位电路7，所述的光控电路1和电池电压检测电路2的输入端分别连接在充电控制电路3的输出端，光控电路1和电池电压检测电路2的输出端分别连接到单片机供电电路6的输入端PA2口和PA0口，所述PWM恒流控制电路4包括PWM恒流驱动电路和连接其输出端的LED串并组合灯组，所述PWM恒流驱动电路输入端连接到单片机9PA4口的PWM输出端，PWM恒流驱动电路中有一LED灯组电流采样端连接到单片机9的PA1口，所述LED短路控制电路5连接于PWM恒流控制电路4与单片机9输入端PA3口之间，所述单片机复位电路7由单片机9的看门狗电路控制。

由图1所示，作为本发明的优选技术方案之一是：所述的充电控制电路3与单片机供电电路6之间，在单片机供电电路6输入端连接有一个保护电池正负极反接的D3二极管11。

由图1所示，作为本发明的优选技术方案之二是：所述的光控电路1中晶片电压是经过两个电阻R14和R23分压后输入单片机9PA2口的，通过单片机9内部AD数字转换电路比较来控制亮灯灭灯。

由图1所示，作为本发明的优选技术方案之三是：还包括一个功率切换拨码开关8，连接到所述单片机9的PB3和PB4口上。

由图1所示，作为本发明的优选技术方案之四是：所述单片机9是一种型号为46R065的单片机。该型号单片机市面有售。

本发明可以有以下功能，实现说明如下：

光控电路1功能实施：通过检测太阳能晶片电压高低来控制LED的亮灯与灭灯。晶片电压检测是利用单片机9内部AD转换电路来实现，光控的流程是：晶片电压经过光控电路1的R23和R14分压，输入单片机9的PA2口，单片机9将所得的电压转换成所需的数字，将这些数字与预先设定的数字相比较从而判断是否需要亮灯还是灭灯。本结构可以预防亮灯和灭灯瞬间出现的临界状态造成LED闪烁，而且一旦LED灯点亮以后就算有一个低于80LUX光源照射在晶片，LED灯也不会熄灭，此功能可以有效地避免一些意外情况，如有汽车灯照射，造成灯的熄灭。

时控功能实施：本发明可以根据客户的要求实现多级分时段控制LED放电电流大小，通常在下半夜后大多数人们都已经睡觉，那么此时将LED电流放小一些更加符合实际使用，此举对于有效地降低太阳能LED灯成本起到较大作用。由于有此功能的存在还可以将放不完的电储存在电池中，以备阴雨天使用。光控实现流程：光控电路1检测到了晚上，以第一级电流点亮LED，同时启动单片机9内部第一级定时，当第一级放电时间已到马上开始第二级放电，同时启动单片机内部第二级定时，依次类推实现多级分时段放电。

自动降流控制功能实施：时下有许多太阳能LED灯都面临一个问题：连续出现几天的阴雨天时LED灯不亮、或者LED亮灯时间短，通常只有1～2小时，但本发明因为采用了时控和自动降流控制的措施可以有效保证在3～5天的阴雨天都达到8小时的LED亮灯时间。自动降流控制流程：当电池电压检测电路2检测到电池电压低于几串LED组的LED在额定电流下的电压值VF时，利用单片机9内部的PWM及AD转换功能，自动降低LED放电电流，一旦电池经过充电后高于VF值时，恢复到正常放电状态。如果一旦超出3天阴雨，因电池充电电压达不到PWM恒流放电状态，单片机9驱动LED的方式会由脉动方式变成一直高电平方式。LED放电电流随着电池电压下降而减少，进入线性放电状态，直到放电到正常状态下的30％左右而关闭，进入过放保护状态。如果第二天是晴天，电池电压一旦充到PWM放电状态，又恢复正常放电，如果继续阴雨天，则又继续保持限流放电。

PWM恒流控制电路4功能实施：当电池电压大于LED串联组的VF值时，利用单片机9内部的PWM及AD转换功能实现了对LED恒流放电。LED的伏安特性与普通二极管的伏安特性相似，当LED供电压一旦大于其额定电流下的VF值后，那么电压小小的变化都会引起LED电流极大的变化，所以采用了恒流放电方式保证了LED长时间的稳定性的工作。本发明中PWM恒流放电还有一个特色：高效率达到90％以上，设计的策略是利用了电池的放电特性，12V电池电能80％是在12.3V～12.6V电压之间释放。以一组4串LED灯来说，在放电250mA的情况其VF值大概是2.9V2.9V*4＝11.6V，那么12.6V-11.6V＝1V，由此可以得出效率＝(1-1/12.6)*100％＝92％。PWM恒流放电流程：单片机9中PA4输出PWM信号通过PWM恒流控制电路4驱动LED灯，单片机9AD转换口PA1采样LED电流并将其转换成数字，将所得的数字与预先设定的数字相比较改变PWM输出信号的占空比，从而实现对LED恒流控制。

过充保护功能实施：本发明充电控制电路3动作是由晶片电压、电流大小决定，优势在于：就算电池电压放到很低，比如说12V电池放到8V，亦可以对电池进行充电，在阳光光强度越大时晶片输出电流就越大，充电控制电路3获得的驱动电流也就越大，从而减少功率管Q5损耗，提升充电效率。过充保护流程：当单片机9检测到电池电压高于某个值时，比如说12V电池电压大于14.5V，单片机9输出一个高电平关断充电回路，当电池电压低于某个值时，比如说12V电池电压小于13.5V，单片机9输出一个低电平再次启动充电控制电路3，依次循环5次，彻底关闭充电回路，经过晚上亮灯以后第二才能复位充电控制电路3。虽然充电控制电路3的主充电回路被关闭，但仍然会有一个由D13和R24组成的副回路，继续进行充电，但其充电电流只有主回路的5％，即所谓我们经常所说的涓流充电。在大电流下对电池进行充电往往只能充到85％左右，剩余15％要靠小电流才能充完，这就是引入涓流充电的原由。

过放保护功能实施：过放保护设置得是否合理将会严重影响电池使用寿命。因本发明采用了内置AD转换单片机9，可以通过AD来采样电池电压并自动转换成所需控制数据，从而自由易举地设定电池过放保护电压。通常情况下我们设定过放保护电压是比电池规格书所描述值高10％，比如说12V电池规格书过放保护电压是10V，那么会将其设定11V。电池长期在浅度放电情况下其使用寿命将会更长，经过我们这样设置电池过放保护一般情况下能够延长电池20％～30％寿命。过放保护流程：当单片机9通过电池电压检测电路2检测到电池电压低于设定值后，单片机9关掉LED放电电流，熄灭LED，单片机进入休眠状态，减少不必要损耗，经过光照晶片以后启动单片机复位电路7复位放电。

LED短路保护功能实施：此功能对于在意外情况下LED短路而有效地保护驱动LED的功率管起到致关重要作用。打个比方说：正常点亮LED的情况下，功率管两端电压只有0.6V左右，而一旦LED短路了，假如系统采用12V电池供电，那么12V电压将全部加在功率管上，12V/0.3V＝40，功率管功耗将瞬间增加40倍，从而很易把功率管烧坏。LED短路保护流程：一旦单片机9的PA3引脚连续在0.2秒内检测LED短路，单片机9随即关闭LED回路，直到LED短路解除，再次打开LED放电回路。

电池正负极反接保护功能实施：此功能对于保护核心元件单片机和电池都起到非常重要作用。利用LED及二极管的单向导电性的特性，通过巧妙设计在电路的三端稳压管78L05因的输入端加入D3二极管11，就可以起到电池正、负极反接保护作用。因为三端稳压管与LED供电是相互独立，而又因为三端稳压管本身功耗很小，通常在10mA以下，所以在此处加入一个二极管即起到反接保护作用，又不会降低电路的整体效率。

功率切换功能实施：使用一个两位的功率切换拨码开关8，可以实现几种不同功率间太阳能灯自由切换，将有利于大批量地生产电路板，降低了生产、采购的成本和难度。功率切换拨码开关8使用流程：通过预先程序里设定几种不同功率等级，根据实际生产的需要将拨码开关打到合适位置。

自动复位功能实施：当电池过放保护后或者是定时时间到后单片机9都会进入休眠状态，利用单片机9内部的看门狗电路每天唤醒单片机复位电路7，复位一次单片机。此项特殊功能对于长时间不关断电情况使用的电路起到一个非常大的作用。

本发明的工作流程如下：

由图1所示，先打开开关K1，接通电池电源，单片机供电电路6提供一个5V的电压给单片机9工作，单片机复位电路7在刚通电一瞬间强制复位单片机9，当太阳能晶片产生电压时，光控电路1在两个电阻R14和R23分压后，输入单片机9的PA2口，单片机9将所得的电压转换成所需的数字，将这些数字与预先设定的数字相比较从而判断是否需要亮灯还是灭灯，检测到白天时，驱动充电控制电路3，电池电压检测电路2判断电池是否充满电了，如未充满电就开始充电，如已经充满电就关闭充电控制电路3，直到晚上亮灯放电，第二天白天时可以重复上述步骤；如检测到晚上时，电池电压检测电路2检测电池电压是否达到恒流电压设定点要求，如果电压达到要求，单片机9启动PWM恒流控制电路4驱动LED串并组合灯组亮灯，如果电压没有达到恒流电压设定点要求，单片机9控制自动降低驱动LED的电流，在检测电池还没有达到过放保护点电压之前，随着电池电压的继续降低，LED将分级限流放电，一般设置是：第一级放电电流3小时定时，第二级放电电流3小时定时，第三级放电电流2小时定时，直到检测到电池达到过放保护点电压，此时单片机9关闭PWM恒流控制电路4驱动LED，单片机9进入休眠状态，减少功耗，直到白天阳光普照，唤醒单片机9，重复上述工作流程。

以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制，只要是以基本相同的手段实现本发明的目的，都应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种太阳能LED灯智能控制电路，包括光控电路(1)、电池电压检测电路(2)、充电控制电路(3)，其特征在于：还包括PWM恒流控制电路(4)、LED短路控制电路(5)，还包括内置多级时控电路、看门狗电路、PWM及AD转换功能的单片机(9)以及单片机供电电路(6)和单片机复位电路(7)，所述的光控电路(1)和电池电压检测电路(2)的输入端分别连接在充电控制电路(3)的输出端，光控电路(1)和电池电压检测电路(2)的输出端分别连接到单片机(6)的输入端PA2口和PA0口，所述PWM恒流控制电路(4)包括PWM恒流驱动电路和连接其输出端的LED串并组合灯组，所述PWM恒流驱动电路输入端连接到单片机(9)PA4口的PWM输出端，PWM恒流驱动电路中有一LED灯组电流采样端连接到单片机(9)的PA1口，所述LED短路控制电路(5)连接于PWM恒流控制电路(4)与单片机(9)输入端PA3口之间，所述单片机复位电路(7)由单片机(9)的看门狗电路控制。

2.根据权利要求1所述的太阳能LED灯智能控制电路，其特征在于：所述的充电控制电路(3)与单片机供电电路(6)之间，在单片机供电电路(6)输入端连接有一个保护电池正负极反接的D3极管(11)。

3.根据权利要求1所述的太阳能LED灯智能控制电路，其特征在于：所述的光控电路(1)中晶片电压是经过两个电阻R14和R23分压后输入单片机(9)PA2口的，通过单片机(9)内部AD数字转换电路比较来控制亮灯灭灯。

4.根据权利要求1所述的太阳能LED灯智能控制电路，其特征在于：还包括一个功率切换拨码开关(8)，连接到所述单片机(9)的PB3和PB4口上。

5.根据权利要求1所述的太阳能LED灯智能控制电路，其特征在于：所述单片机(9)是一种型号为46R065的单片机。