CN103874267A - 一种太阳能路灯 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种太阳能路灯，其包括LED阵列、太阳能电池板、电池、AC/DC电源和充放电控制器，其中，电池的输出电压与LED阵列中单颗LED的工作电压相同；充放电控制器与太阳能电池板、电池、AC/DC电源和LED阵列相连，充放电控制器用于控制所述太阳能电池板和AC/DC电源为所述电池充电，以及控制太阳能电池板、电池和AC/DC电源为LED阵列提供稳定的电源。本发明的太阳能路灯市电供电系统只采用单节电池，电池成本大幅降低，其AC/DC电源采用谐振和输出端同步整流技术，输出电压精度高，能够在低电压大电流下稳定工作，并且可使开关工作在最低的损耗状态，大大提高了了电源的效率。

Description

一种太阳能路灯

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，特别涉及一种太阳能路灯。

背景技术

目前，在节能省电的前提下，LED(Light Emitting Diode，发光二极管)路灯取代传统路灯的趋势越来越明显。市面上，LED路灯电源的设计方案主要有以下4种。

方案一：如图1所示，采用AC(Alternating Current，交流)直接输入供电，通过PFC模块和AC2DC模块1将交流电的功率因数调整后变换到直流，然后采用反激拓扑对LED阵列4进行恒流控制，其中，LED阵列4包括多串LED。该方案直接用光电耦3进行反馈控制，调节PFC模块和AC2DC模块1对LED串的输出电压，同时直接检测每路LED的检流电阻上的电压，利用MCU 2控制LED照明驱动芯片5对LED阵列4的多串LED分别进行恒流控制。在目前的市面上，大多数LED路灯都采用这样方案，相对于其它传统方案，该方案具有效率高、开关损耗少、电路成本低等优点。但是，这一方案因为每串LED为多个LED灯的串联，当该串的LED灯中有一个灯出现故障之后，整串的LED灯都会失效，那么这个LED路灯会一下子暗了很多，这在实际应用中是不允许的。另外，该方案没有用到太阳能光电互补系统，虽然在电池和太阳能板上可节省一笔成本，但由于该方案直接用市电供电，且电源整机的效率一般不会超过80％，当大量使用该LED路灯系统时，电费成本很高。

方案二：如图2所示，该方案既可以采用AC供电，也可以采用DC(DirectCurrent，直流)或电池输入供电，采用反击拓扑对LED阵列4的多串LED分别进行恒流控制。该方案采用多串LED灯并联的升压结构设计，其LED灯驱动方式和第一种方案的驱动方式类似，只不过增加了电池或DC电压。由于该方案采用升压拓扑，因此一个LED串可以串联多颗LED，相对于第一种方案采用的AC直接输入，该方案设计简单、电路成本低，适合太阳能电池或通过适配器输入的路灯，但由于多了一次升压的开关，效率相对较低。

方案三：如图3所示，该方案采用AC直接输入供电，通过PFC模块和AC2DC模块1将交流电的功率因数调整后变换到直流，其LED阵列4采用单串LED的降压结构。这种结构适合通过适配器输入的路灯，其优点是效率高、维修容易、单串设计，配置较为灵活，而且可以做模块化设计，不同功率的路灯可以使用相同的灯条，只要更换面板，插上不同数目的灯条，就可以组合出各种不同功率的路灯。但它的缺点是每一串LED灯都需要独立的电源模块，成本较高，而降压的结构会让LED的数目受限于LED照明驱动芯片5的耐压。在图3所示的例子中，LED最多串到14颗，如果要设计20W的灯条，就需要使用700mA的LED。为了使效率达到最高，必需针对LED的数目来调节输入电压，也就是适配器的输出电压。以10颗LED为例，如果要达到最高效率，就必须把输入电压调到约42V左右。

方案四：如图4所示，其供电方式与方案二相同，其LED阵列4采用单串升压结构，这种结构适合太阳能路灯，其优点是LED串联的数目不再受限于芯片的耐压，而是由MOS管来决定，因而可以串联较多的LED。由于大多数的太阳能电池的输出电压都不高，因此太阳能路灯较适合使用升压结构。而选用电流模式的恒流设计，可以让输出电流较不受输入电压变化的影响，在电池满载以及快没电时，都能让路灯维持相同的亮度。但是，该结构的缺点是电路成本较高，效率较降压结构低。

在上述的方案中，方案一和方案三的缺点是只能用市电直接输入，没有利用太阳能，该方案的LED路灯电费成本很高，在如今大力提倡节能、环保的大环境下不是未来发展潮流。方案二和方案四是利用电池输入供电，可用于太阳能光电互补系统，能有效的利用太阳能，但这两个方案的效率都不高，且LED灯的接法是都是多颗LED灯串接再并到一起的，这样当某串LED灯中有一个出现故障时，整串的LED都会灭掉，这样LED路灯会明显变暗。同时，由于单颗的LED灯电压只有3.3V，而为了提高效率，AC/DC(交流输入直流输出)模块的输出电压都是比较高的电压，一般是12V到48V之间，因此要用多颗的LED灯串起来用才能达到输出电压的要求，也因此太阳能储能用的电池也要用到多节串到一起来用才能得到设计要的高电压，这样就会增加电池的成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种太阳能路灯。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种太阳能路灯，包括：LED阵列，所述LED阵列包括多个并联的LED；太阳能电池板、电池和AC/DC电源，所述电池的输出电压与所述LED阵列中单颗LED的工作电压相同；充放电控制器，所述充放电控制器分别与所述太阳能电池板、电池、AC/DC电源和LED阵列相连，所述充放电控制器用于控制所述太阳能电池板和AC/DC电源为所述电池充电，以及控制所述太阳能电池板、电池和AC/DC电源为LED阵列提供电源。

本发明太阳能路灯的电池的输出电压低，与LED阵列中单颗LED的工作电压相同，电池成本大幅降低。

本发明LED阵列包括多颗并接的LED，当其中某颗LED出现故障时，不影响其它LED灯的正常工作，提高了路灯的可靠性和使用寿命。

在本发明的一种优选实施例中，所述电池为单节电池。本发明采用单节电池，电池成本大幅降低。

在本发明的另一种优选实施例中，所述电池为单节铁电池。

本发明采用大容量的铁电池，不仅降低了成本，还提高了对LED阵列的供电持续时间。

在本发明的另一种优选实施例中，所述AC/DC电源包括电源模块、PFC模块、LLC谐振模块、同步整流驱动模块和输出同步整流模块，所述电源模块分别与所述PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)模块、LLC(seriesparallel resonance circuit，板桥谐振)谐振模块和同步整流驱动模块相连，所述电源模块用于给所述电池充电，以及给所述PFC模块、LLC谐振模块和同步整流驱动模块供电；所述PFC模块的输出端与所述LLC谐振模块相连；所述LLC谐振模块的输出端与输出同步整流模块相连，所述输出同步整流模块在所述同步整流驱动模块的驱动下将所述电压输出。

本发明的AC/DC电源采用LLC谐振和输出端同步整流技术，可使开关工作在最低的损耗状态，在保持输出电压高精度的情况下，大大提高了了电源的效率。

在本发明的一种优选实施例中，所述AC/DC电源还包括与所述PFC模块的电源输入端相连的EMI滤波整流模块。

本发明采用EMI滤波整流模块为输入PFC模块的电流滤除各种干扰信号。

在本发明的另一种优选实施例中，所述AC/DC电源还包括高频变压器，所述LLC谐振模块的输出端与所述高频变压器相连，所述LLC谐振模块输出的电压经高频变压器变压后传输给输出同步整流模块，所述输出同步整流模块在所述同步整流驱动模块的驱动下将所述电压输出。

本发明采用高频变压器对电压处理后再传输给输出同步整流模块，提高输出同步整流模块输出电压的精确度。

在本发明的一种优选实施例中，所述AC/DC电源还包括光耦反馈模块，所述光耦反馈模块的输入端与所述输出同步整流模块的电源反馈信号输出端相连，所述光耦反馈模块的输出端与所述电源模块相连，所述光耦反馈模块包括光耦和基准电压源，所述基准电压源将输出同步整流模块输出的电源反馈信号传输到所述光耦的输入端，所述光耦的输出端与电源模块的反馈信号输入端相连。

本发明的AC/DC电源采用光耦反馈模块，次级端的反馈信号直接通过光耦反馈到AC/DC电源的电源模块，提高了AC/DC电源的精度。

在本发明的一种优选实施例中，所述AC/DC电源还包括连接在所述LLC谐振模块与所述高频变压器之间的初级驱动模块。

在本发明的另一种优选实施例中，所述初级驱动模块的控制信号输入端口与LLC谐振模块的初级驱动模块控制信号输出端口相连，所述初级驱动模块的输出端口与第十MOS管和第十一MOS管相连，通过控制第十MOS管和第十一MOS管的通断控制高频变压器的工作。

本发明在LLC谐振模块与高频变压器之间设置初级驱动模块，初级驱动模块接收LLC谐振模块的控制信号并驱动LLC谐振模块的两个MOS管，这两个MOS管同一时间只有一个导通，比传统的高频耦合器方法提高了可靠性。

在本发明的一种优选实施例中，所述PFC模块的零电流检测器输入端通过第七十一电阻与第四变压器的一次侧相连，栅驱动输出引脚通过第七十三电阻、第七十四电阻和第十五二极管与第九MOS管的栅极相连，所述第九MOS管的漏极通过第七十八电阻接地，所述第九MOS管的源极与第四变压器的二次侧相连。

本发明通过PFC模块精确实现输入电流跟随输入电压的目的。

在本发明的另一种优选实施例中，所述LLC谐振模块的初级驱动模块控制信号输出端口与初级驱动模块的信号输入端相连，所述LLC谐振模块的整流驱动模块控制信号输出端口与整流驱动模块的信号输入端相连，LLC谐振模块通过向所述初级驱动模块和整流驱动模块输出控制信号，控制高频变压器和输出同步整流模块工作。

在本发明的再一种优选实施例中，所述同步整流模块的信号输入端口通过高频耦合器与所述LLC谐振模块的整流驱动模块控制信号输出端口相连，所述同步整流驱动模块的信号输出端口分别与第十三MOS管和第十二MOS管相连，通过驱动第十三MOS管和第十二MOS管工作，使输出同步整流模块输出电压。

本发明采用LLC谐振模块和输出端同步整流的技术，在保证AC/DC电源达到工作电压精度要求的前提下，大大提高了效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中LED路灯电源设计的方案一的结构示意图；

图2是现有技术中LED路灯电源设计的方案二的结构示意图；

图3是现有技术中LED路灯电源设计的方案三的结构示意图；

图4是现有技术中LED路灯电源设计的方案四的结构示意图；

图5是本发明太阳能路灯的结构框图；

图6是本发明AC/DC电源的框图；

图7是本发明太阳能路灯的原理图；

图8是本发明一种优选实施方式中采用的PFC模块的电路图；

图9是本发明一种优选实施方式中采用的电源模块的电路图；

图10是本发明一种优选实施方式中采用的LLC谐振模块的电路图；

图11是本发明一种优选实施方式中采用的初级驱动模块的电路图；

图12是本发明一种优选实施方式中采用的同步整流驱动模块的电路图；

图13是本发明一种优选实施方式中采用的输出同步整流模块的电路图。

附图标记：

1PFC和AC2DC模块；2MCU；3光电耦；4LED阵列；5LED照明驱动芯片；

6太阳能电池板；7电池；8AC/DC电源；9充放电控制器；

81电源模块；82PFC模块；83LLC谐振模块；84同步整流驱动模块；

85EMI滤波整流模块；86高频变压器；87输出同步整流模块；

88光耦反馈模块；89初级驱动模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明提供了一种太阳能路灯，如图5所示该太阳能路灯包括LED阵列4、太阳能电池板6、电池7和AC/DC电源8。在本实施方式中，电池7的输出电压与LED阵列4中单颗LED的工作电压相同，在本发明一种更加优选的实施方式中，该电池7为单节电池。该太阳能路灯包括充放电控制器9，该充放电控制器9分别与太阳能电池板6、电池7、AC/DC电源8和LED阵列4相连，充放电控制器9用于控制太阳能电池板6和AC/DC电源8为电池7充电，以及控制太阳能电池板6、电池7和AC/DC电源8为LED阵列4提供稳定的电源。

为了有效利用太阳能，同时达到节能环保的效果，本发明采用太阳能路灯光电互补方案，在该系统中，由于只采用单节电池，所以电池7的成本上要比现技术中采用的多节电池串到一起的成本要低很多。在本实施方式中，具体可以采用任何可充电电池，只要电池7的输出电压要与路灯中单颗LED的工作电压相同即可，在本发明的一种优选实施方式中，采用大容量的单节铁电池。

由于本发明电池7的输出电压与LED阵列4中单颗LED的工作电压相同，只有3V左右，在利用AC/DC电源8向电池7充电或向LED阵列4供电时，不仅要求AC/DC电源8的输出电压精度高，而且还要在大电流的模式下工作，这是非常困难的，为提高效率，本发明的AC/DC电源8具有LLC谐振和输出端同步整流功能，这样AC/DC电源8可使开关工作在最低的损耗状态，从而大大的了电源的效率。

在本实施方式中，充放电控制器9控制太阳能电池板6和AC/DC电源8为电池7充电，当光照充足时，充放电控制器9使太阳能电池板6给电池7充电，当阴天或者夜晚等光照不充足的时候，充放电控制器9使AC/DC电源8给电池7充电。充放电控制器9还控制太阳能电池板6、电池7和AC/DC电源8为路灯的LED阵列4提供稳定的电源。在本实施方式中，充放电控制器9可以控制太阳能电池板6、电池7和AC/DC电源8三者以任何顺序为路灯的LED阵列4供电，具体可以为但不限于太阳能电池板6-电池7-AC/DC电源8的顺序，或者太阳能电池板6-AC/DC电源8-电池7的顺序，在本发明的一种更加优选的实施方式中，采用太阳能电池板6-电池7-AC/DC电源8的顺序为LED阵列4供电，即太阳能电池板6首先给LED阵列4供电，当太阳能电池板6的电力不足时，电池7为LED阵列4供电，当电池7内的电量不足时，AC/DC电源8为LED阵列4供电。本发明有效利用太阳能，达到了节能环保的效果，同时采用光电互补方案，能够维持太阳能路灯的亮度稳定。

在本实施方式中，LED阵列4由多个彼此并联的LED组成，具体并联的LED数量由最后路灯的功率参数决定，采用这种连接结构，当阵列中某颗LED出现故障时，不影响其它LED灯的正常工作，提高了路灯的可靠性。在本发明的一种更加优选的实施方式中，要做60W的太阳路灯，当采用单颗功率为1W的LED时，需要60颗LED灯并联。

如图6和图7所示，本发明的AC/DC电源8包括电源模块81，该电源模块81用于给电池7充电，以及给PFC模块82、LLC谐振模块83和同步整流驱动模84块供电。在本发明的一种优选实施方式中，PFC模块82的输入端连接有EMI滤波整流模块85，该EMI滤波整流模块85为输入PFC模块82的电流滤除各种干扰信号。PFC模块82的输出端与LLC谐振模块83输入端相连，LLC谐振模块83的输出端与输出同步整流模块87相连，该输出同步整流模块87在同步整流驱动模块84的驱动下将电压输出。在本发明的一种更加优选实施方式中，AC/DC电源8还包括高频变压器86，PFC模块82的输出端与LLC谐振模块83输入端相连，LLC谐振模块83的输出端与高频变压器86相连，该LLC谐振模块83输出的电压经高频变压器86变压后传输给输出同步整流模块87，该输出同步整流模块87在同步整流驱动模块84的驱动下将电压输出。通过采用高频变压器86对电压进行处理再传输给输出同步整流模块87，提高了输出同步整流模块87输出电压的精确度。

在本实施方式中，由于单节电池输出电压只有3.3V，要做60W的太阳路灯，输出电流就达到了20A，由于60颗LED灯都是并联的，因此不仅要求AC/DC电源的输出电压精度很高，还要求AC/DC电源在大电流的模式下稳定工作，给AC/DC电源的设计造成很大的困难。在本实施方式中，AC/DC电源采用LLC谐振和输出同步整流的方案，这种方案可使开关工作在最低的损耗状态，从而大大的了电源的效率，使AC/DC电源的效率达到85％，而现有技术中采用的反激拓扑结构的效率只能达到60％。

如图6和图7所示，该AC/DC电源8还包括光耦反馈模块88，该光耦反馈模块88的输入端与输出同步整流模块87的电源反馈信号输出端相连，该光耦反馈模块88的输出端与电源模块81相连。该光耦反馈模块88将输出同步整流模块87输出端的电源反馈信号反馈给电源模块81，使电源模块81调整输出电压，提高了AC/DC电源8精度。如图9所示，本发明电源模块81的光耦反馈模块88包括光耦和基准电压源，该基准电压源将输出同步整流模块87的电源反馈信号传输给光耦的输入端，光耦的输出端与电源模块81的反馈信号输入端相连。在本实施方式中，光耦为PC817，基准电压源为TL431，通过基准电压源为TL431和光耦PC817组成的外部误差放大器实现反馈，次级端的反馈信号直接通过光耦PC817反馈到电源模块81的反馈信号输入端引脚FB。

如图9所示，电源模块81的外部自动重新启动引脚BA通过第一二极管D1与外部控制信号相连，该外部自动重新启动引脚BA通过第一电容C1接地。电源模块81的反馈信号输入端引脚FB与光耦U1的输出端相连，该反馈引脚FB还通过第三电容C3接地。电源模块81的电流检测引脚CS通过并联的第四电阻R4、第六电阻R6和第二二极管D2与第二变压器T2的第5引线端相连。电源模块81的电源引脚VCC通过第三二极管D3、第一三极管Q1、第四二极管D4和第三十一电阻R31与第二变压器T2的第4引线端相连，第三二极管D3的输出端通过并联的第七电容C7和第八电容C8接地，第一三极管Q1的发射极通过第十电容C10接地，其基极通过稳压二极管Zener1接地，其集电极通过第十三电容C13接地，在其基极与集电极之间连接有第二十三电阻R23，第一三极管Q1的集电极为AUX信号端。电源模块81的漏极引脚DR与第二变压器T2的第2引线端相连，第二变压器T2的第1引线端与第2引线端之间连接有第五二极管D5和相互之间并联的第二十五电阻R25、第二十七电阻R27、第三十二电阻R32和第十四电容C14，第二变压器T2的第1引线端还通过第十一电容C11接地，第十一电容C11的两端分别是P_VBUS信号端和P_PGND信号端。第二变压器T2的第10引线端通过第八二极管D8、第四十三电阻R43输出12V电压。第二变压器T2的第9引线端连接BGND，第四十三电阻R43的电流输出端通过并联的第一百一十八电阻R118、第三十电容C30和第三十四电容接地与BGND连接。第二变压器T2的第7引线端通过第六二极管D6和第四十四电阻R44与第十五三极管Q15的发射极相连。第二变压器T2的第6引线端接地。第十五三极管Q15的发射极通过第四十三电容C43接地，其发射极与基极之间连接有第一百一十三电阻R113，其基极通过第一百一十四电阻R114与第十四三极管Q14的集电极相连，第十五三极管Q15的集电极输出低电压给电池充电，第十四三极管Q14的基极连接第一百五十五电阻R115的一端，第一百五十五电阻R115的另一端连接充放电控制器9的控制信号，由充放电控制器9控制是否对电池7进行充电，第十四三极管Q14的基极通过第一百一十六电阻R116接地。光耦U1的输出端的第3引脚接地，光耦U1的输入端的第1引脚通过第四十七电阻R47与第四十三电阻R43的电流输出端相连。基准电压源TL1的输入端连接BGND，其输出端与光耦U1的输入端的第2引脚相连，在基准电压源TL1的输入端和输出端之间还连接有第三十八电容C38、第六十三电阻R63和第一百一十二电阻R112。光耦U1的输入端的第2引脚还通过第四十九电阻R49与第四十三电阻R43的电流输出端相连，通过第五十五电阻R55、第三十七电容C37和第九十一电阻R91与12V电压相连。由此可见，该电源模块81输出三组次级端电压，其中一组通过主输出端口输出12V电压，用于给其次级端的同步整流驱动模块84和运放供电，另外两组为辅电压，一组给PFC模块82和LLC谐振模块83供电，一组给电池充电用。在本实施方式中，采用的电源模块81为英飞凌的ICE3BR4765JZ，该IC内部集成了耐压达650V的高压MOS开关管、振荡发生电路、过流保护、过温保护和过压保护等模块，具有外部应用电路简单，稳定性好等特点。

在本实施方式中，如图8所示，PFC模块82的零电流检测器输入端DETIN引脚通过第七十一电阻R71与第四变压器T4的一次侧相连，栅驱动输出端GDRV引脚通过第七十三电阻R73、第七十四电阻R74和第十五二极管D15与第九MOS管Q9的栅极相连，第九MOS管Q9的漏极通过第七十八电阻R78接地，第九MOS管Q9的源极与第四变压器T4的二次侧相连，通过采样第七十八电阻R78上的电流值和第四变压器T4上的零电流值来控制第九MOS管Q9的通断，实现输入电流跟随输入电压的目的。在本实施方式中，PFC模块82具体的外围电路连接关系为：PFC模块82电压放大器反相输入端引脚VSENCE与反馈电压信号端VFB相连，放大器输出电压端引脚VAOUT通过第三十九电容C39与电压放大器反相输入端引脚VSENCE相连，在第三十九电容C39的两端并联有第五十三电阻R53和第三十二电容C32。乘法器输入引脚MULTIN通过第五十七电阻R57、第五十六电阻R56、第十二二极管D12和第二热敏电阻RT2与P_VBUS信号端相连，乘法器输入引脚MULTIN还通过并联的第四十八电阻R48和第三十一电容C31接地。电流感应输入引脚ISENSE通过第六十一电阻R61与第九MOS管Q9的漏极相连，该电流感应输入引脚ISENSE还通过第三十六电容C36接地。零电流检测器输入端DETIN引脚通过第七十一电阻R71与第四变压器T4的第3引线端相连，第四变压器T4的第4引线端接地，第四变压器T4的第10引线端与第十二二极管D12的输入端相连，第四变压器T4的第9引线端通过第十七二极管D17与第十二二极管D12的输出端相连，第十七二极管D17通过第四十九电容C49接地。栅驱动输出端引脚GDRV通过第七十三电阻R73和第十五二极管D15与第九MOS管Q9的栅极相连，在第十五二极管D15两端并联有第七十四电阻R74。第九MOS管Q9的漏极与其栅极之间连接有第七十五电阻R75，第九MOS管Q9的漏极通过第七十八电阻R78接地。第二热敏电阻RT2与P_VBUS信号端连接的一端通过第五十电容C50接地，热敏电阻RT2的这一端还通过串联的第九十三电阻R93、九十四电阻R94和九十五电阻R95和第九十电阻R90接地，在第九十电阻R90并联有第九十六电阻R96，第九十电阻R90与九十五电阻R95之间为VFB信号端。在本实施方式中，采用的PFC模块82为英飞凌的TDA4863-2G，工作状态处于临界导电模式。

在本实施方式中，如图7所示，AC/DC电源8还包括连接在LLC谐振模块83与高频变压器86之间的初级驱动模块89，该LLC谐振模块83还与同步整流驱动模块84相连。图10是本发明一种优选实施方式中的LLC谐振模块83的电路图，在本实施方式中，采用半桥LLC谐振，在谐振时电压或电流周期性过零，可以降低开关损耗，提高效率。LLC谐振模块83的初级驱动模块控制信号输出端口与初级驱动模块89的信号输入端相连，LLC谐振模块83的同步整流驱动模块控制信号输出端口与同步整流驱动模块84的信号输入端相连，LLC谐振模块83通过给初级驱动模块89和同步整流驱动模块84输出控制信号，控制高频变压器86和输出同步整流模块87工作。在本实施方式中，具体的连接为：LLC谐振模块83的定时器引脚Timer通过并联的第一电阻R1和第二电容C2接地。使能引脚EnA通过第二电阻R2与使能信号EN相连，该使能引脚EnA还通过并联的第三电阻R3和第四电容C4接地。软启动引脚SS通过第六电容C6接地。负荷检测引脚LOAD通过第五电阻R5与使能信号EN相连，该负荷检测引脚LOAD通过并联的第八电阻R8和第五电容C5接地，负荷检测引脚LOAD还通过第七电阻R7与P_Vreg信号端相连。工作频率引脚FREQ通过第九电阻R9与P_Vreg信号端相连，该P_Vreg信号端为光耦反馈信号，该工作频率引脚FREQ通过串联的第十电阻R10和第六电容C6接地，还通过并联的第十一电阻R11和第九电容C9接地。预设延迟时间引脚Delay通过第十五电阻R15接地。结束时间设置引脚TD通过串联的第十九电阻R19、第二十电阻R20和第十八电阻R18接地。电压水平进入离开失踪循环模式引脚Vmc通过第十八电阻R18接地。参考输出电压引脚Vref通过连接第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十电阻R20和第十八电阻R18接地。谐振电压设定引脚Vres通过连接第二十二电阻R22接地。输入总线电压检测引脚VINS通过串联的第二十四电阻R24、第二十八电阻R28、第三十三电阻R33和第三十四电阻R34与P_VBUS信号端相连，该输入总线电压检测引脚VINS还通过并联的第三十五电阻R35和第十八电容C18接地。电流检测引脚CS通过并联的第四十电阻R40和第二十五电容C25接地。第二十五电容C25的两端并联有第七二极管D7和第九二极管D9，第七二极管D7的输入端连接第四十五电阻R45的一端，第四十五电阻R45的另一端连接并联的第二十八电容C28和第二十八一电容C28_1。电流检测输出引脚CL通过第二十三电容C23接地。同步整流时间和禁用功能引脚SRD通过第三十九电阻R39和第二十三电容C23接地，在同步整流时间和禁用功能引脚SRD与地之间还并联有第三十八电阻R38和第四十一电阻R41。接地引脚GND接地。电源引脚VCC与P_VCC信号端相连，电源引脚VCC还通过并联的第十九电容C19和第二十四电容C24接地。初级驱动模块控制信号输出端口LG引脚和HG引脚分别与初级驱动模块89的信号输入端相连，LLC谐振模块83的同步整流驱动模块控制信号输出端口SLG引脚和SHG引脚分别与同步整流驱动模块84的信号输入端相连，LLC谐振模块83通过给初级驱动模块89和同步整流驱动模块84输出控制信号，控制高频变压器86和输出同步整流模块87工作。在本实施方式中，采用的LLC谐振模块83是英飞凌的ICE2HS01，该IC不但具有传统LLC控制IC所具有的所有功能，同时还集成了输出端同步整流控制功能和各种保护功能，并具有死区时间可调的功能，同时该IC也具有过流保护和软启动等功能。

图11是初级驱动模块89的电路图，该初级驱动模块89的控制信号输入端口与LLC谐振模块83的初级驱动模块控制信号输出端口相连，该初级驱动模块89的输出端口与第十MOS管Q10和第十一MOS管Q11相连，通过控制第十MOS管Q10和第十一MOS管Q11的通断控制高频变压器86的工作。在本实施方式中，该初级驱动模块89的控制信号输入端的低驱动逻辑输入端LIN管脚通过第十三电阻R13与LLC谐振模块83的初级驱动模块控制信号输出端口LG相连，低驱动逻辑输入端LIN管脚通过第十六电阻R16接地。初级驱动模块89的控制信号输入端的高驱动逻辑输入端HIN管脚通过第十四电阻R14与LLC谐振模块83的初级驱动模块控制信号输出端口HG引脚相连，高驱动逻辑输入端HIN管脚通过第十七电阻R17接地。电源引脚VCC通过第四十二电阻R42与P_VCC信号端相连，电源引脚VCC通过并联的第十七电容C17和第二十二电容C22接地。接地引脚GND接地。该初级驱动模块89的输出端的低端驱动器输出引脚LVG通过第七十七电阻R77与第十一MOS管Q11的栅极相连，第十一MOS管Q11的漏极与栅极之间连接有第八十二电阻R82。高端驱动器输出引脚HVG通过第七十六电阻R76与第十MOS管Q10的栅极相连，第十MOS管Q10的漏极接地，第十MOS管Q10的漏极与栅极之间连接有第八十三电阻R83。高端驱动器浮动参考引脚OUT通过第一电感L1与第六变压器T6的第3引线端相连，该第六变压器T6即为高频变压器86，第六变压器T6的第4引线端通过第五十一电容C51接地。自举电源电压引脚Vboot与高端驱动器浮动参考引脚OUT通过第二十电容C20相连。LLC谐振模块83输出一组死区时间可调相位互补的180°控制信号传输至初级驱动模块89的LIN管脚和HIN管脚，经过初级驱动模块89驱动，通过LVG管脚和HVG管脚驱动LLC谐振模块83的第十一MOS管Q11和第十MOS管Q10工作，与传统的高频耦合器方法相比，该初级驱动模块89效果更好、可靠性更高。在本实施方式中，采用的初级驱动模块89为L6385。

由于本发明输出电压低、工作电流大，为达到高的效率，在大电流的输出端采用输出同步整流模块87提高效率，图12是本发明一种优选实施方式中采用的同步整流驱动模块84的电路图，该同步整流驱动模块84的信号输入端口INA和INB通过高频耦合器与LLC谐振模块83的同步整流驱动模块控制信号输出端口SLG和SHG相连，该同步整流驱动模块84的信号输出端口分别与第十三MOS管Q13和第十二MOS管Q12相连，通过驱动第十三MOS管Q13和第十二MOS管Q12工作，使输出同步整流模块87输出电压。在本实施方式中，具体是该输出同步整流模块87的信号第一输入端管脚INA通过第十六二极管D16和第七十九电阻R79与第五变压器T5的第8引线端相连，第五变压器T5的第5引线端与BNRD信号端相连，第五变压器T5的第5引线端与第一输入端INA管脚之间并联有第八十七电阻R87和第二十六稳压二极管D26。信号第二输入端管脚INB通过第十八二极管D18和第八十电阻R80与第五变压器T5的第6引线端相连，第五变压器T5的第7引线端与BGND信号端相连，第五变压器T5的第7引线端与第二输入端INB管脚之间并联有第八十八电阻R88和第二十七稳压二极管D27。电源模块81的主输出端口通过第五十九电阻R59与第四三极管Q4和第七三极管Q7的集电极相连，第四三极管Q4和第七三极管Q7的集电极通过并联的第四十一电容C41和第四十二电容C42与P_PGND信号端相连，P_PGND信号端接地，第四三极管Q4的发射极与第五三极管Q5的集电极相连，第五三极管Q5的集电极接地，第四三极管Q4和第五三极管Q5的基极通过第六十电阻R60与LLC谐振模块83的SLG引脚相连。第七三极管Q7和第八三极管Q8的基极通过第六十七电阻R67与LLC谐振模块83的SHG引脚相连。第五变压器T5的第12引线端与第七三极管Q7的发射极相连，第五变压器T5的第1引线端通过第四十四电容C44与第四三极管Q4的发射极相连。电源引脚VDD与电源模块81的主输出端口相连，电源引脚VDD还通过第五十九电容C59与BGND信号端相连。第二输出端OUTB引脚通过第一百电阻R100与第十二MOS管Q12的栅极相连，第十二MOS管Q12的漏极与BGND信号端相连，第十二MOS管Q12的漏极与栅极之间连接有第一百零一电阻R101。第一输出端OUTA引脚通过第一百零七电阻R107与第三十MOS管Q13的栅极相连，第十三MOS管Q13的源极与第六变压器T6的11引线端相连，第十三MOS管Q13的漏极通过第六十一电容C61接地，第十二MOS管Q12的漏极与栅极之间连接有第一百零九电阻R109。通过驱动第十三MOS管Q13和第十二MOS管Q12工作，使输出同步整流模块87输出电压。如图13所示，第六变压器T6的11引线端与第十三MOS管Q13的源极相连，第六变压器T6的8引线端与第十二MOS管Q12的源极相连，同步整流驱动模块84输出一对相位180°且死区可调的控制信号S_HG和S_LG，幅值由供电电压大小决定，该同步整流驱动模块84的控制信号S_HG和S_LG分别驱动第十三MOS管Q13或第十二MOS管Q12导通，使输出同步整流模块87输出电压。第六变压器T6的第9引线端和第10引线端相连作为电源输出端输出3.3V电压，为LED阵列4提供电压。输出同步整流模块87的电源输出端还作为电源反馈信号输出端与光耦的输入端相连。输出同步整流模块87的输出端通过并联的第五十七电容C57、第六十电容C60、第六十二电容C62、第六十三电容C63和第六十四电容C64与BGND信号端相连。在本实施方式中，采用的同步整流驱动模块84为UCC27324。

本发明的太阳能路灯市电供电系统只采用单节电池，电池成本大幅降低，其AC/DC电源采用谐振和输出端同步整流技术，输出电压精度高，能够在低电压大电流下稳定工作，并且可使开关工作在最低的损耗状态，大大提高了了电源的效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种太阳能路灯，其特征在于，包括：

LED阵列，所述LED阵列包括多个并联的LED；

太阳能电池板、电池和AC/DC电源，所述电池的输出电压与所述LED阵列中单颗LED的工作电压相同；

充放电控制器，所述充放电控制器分别与所述太阳能电池板、电池、AC/DC电源和LED阵列相连，所述充放电控制器用于控制所述太阳能电池板和AC/DC电源为所述电池充电，以及控制所述太阳能电池板、电池和AC/DC电源为LED阵列提供电源。

2.如权利要求1所述的太阳能路灯，其特征在于，所述电池为单节电池。

3.如权利要求2所述的太阳能路灯，其特征在于，所述电池为单节铁电池。

4.如权利要求1所述的太阳能路灯，其特征在于，所述AC/DC电源包括电源模块、PFC模块、LLC谐振模块、同步整流驱动模块和输出同步整流模块，所述电源模块分别与所述PFC模块、LLC谐振模块和同步整流驱动模块相连，所述电源模块用于给所述电池充电，以及给所述PFC模块、LLC谐振模块和同步整流驱动模块供电；

所述PFC模块的输出端与所述LLC谐振模块相连；

所述LLC谐振模块的输出端与所述输出同步整流模块相连，所述输出同步整流模块在所述同步整流驱动模块的驱动下将所述电压输出。

5.如权利要求4所述的太阳能路灯，其特征在于，所述AC/DC电源还包括与所述PFC模块的电源输入端相连的EMI滤波整流模块。

6.如权利要求4所述的太阳能路灯，其特征在于，所述AC/DC电源还包括高频变压器，所述LLC谐振模块的输出端与所述高频变压器相连，所述LLC谐振模块输出的电压经高频变压器变压后传输给输出同步整流模块，所述输出同步整流模块在所述同步整流驱动模块的驱动下将所述电压输出。

7.如权利要求4所述的太阳能路灯，其特征在于，所述AC/DC电源还包括光耦反馈模块，所述光耦反馈模块的输入端与所述输出同步整流模块的电源反馈信号输出端相连，所述光耦反馈模块的输出端与所述电源模块相连，所述光耦反馈模块包括光耦和基准电压源，所述基准电压源将输出同步整流模块输出的电源反馈信号传输到所述光耦的输入端，所述光耦的输出端与电源模块的反馈信号输入端相连。

8.如权利要求4所述的太阳能路灯，其特征在于，所述AC/DC电源还包括连接在所述LLC谐振模块与所述高频变压器之间的初级驱动模块。

9.如权利要求4或8所述的太阳能路灯，其特征在于，所述初级驱动模块的控制信号输入端口与LLC谐振模块的初级驱动模块控制信号输出端口相连，所述初级驱动模块的控制信号输出端口与第十MOS管和第十一MOS管相连，通过控制第十MOS管和第十一MOS管的通断控制高频变压器的工作。

10.如权利要求4或8所述的太阳能路灯，其特征在于，所述LLC谐振模块的初级驱动模块控制信号输出端口与初级驱动模块的控制信号输入端相连，所述LLC谐振模块的整流驱动模块控制信号输出端口与整流驱动模块的控制信号输入端相连，LLC谐振模块通过向所述初级驱动模块和整流驱动模块输出控制信号，控制高频变压器和输出同步整流模块工作。

11.如权利要求4所述的太阳能路灯，其特征在于，所述PFC模块的零电流检测器输入端通过第七十一电阻与第四变压器的一次侧相连，栅驱动输出引脚通过第七十三电阻、第七十四电阻和第十五二极管与第九MOS管的栅极相连，所述第九MOS管的漏极通过第七十八电阻接地，所述第九MOS管的源极与第四变压器的二次侧相连。

12.如权利要求4所述的太阳能路灯，其特征在于，所述同步整流驱动模块的信号输入端口通过高频耦合器与所述LLC谐振模块的整流驱动模块控制信号输出端口相连，所述同步整流驱动模块的信号输出端口分别与第十三MOS管和第十二MOS管相连，通过驱动第十三MOS管和第十二MOS管工作，使输出同步整流模块输出电压。

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