CN104582150B - 一种恒流补偿太阳能led路灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒流补偿太阳能LED路灯，包括：光敏感应电路，用于根据环境光线的强弱产生所述LED路灯的开关信号；PWM开关电路，用于对所述LED路灯进行恒流驱动控制，以满足路况的照明要求；蓄电池组电路，用于将太阳能转变成所述LED路灯工作所需的电能；补偿电路，用于对所述LED路灯进行温度恒流补偿；其中，所述交流电源和所述蓄电池组电路的投切由控制模块联锁控制，所述控制模块还同时配合控制所述PWM开关电路和所述补偿电路，为所述LED路灯输出恒定电流。本发明的LED路灯能充分利用太阳，同时能自行开启或关闭，具有更高的出光效率，同时光照度更加稳定，照明效果更好，且路灯的使用寿命更长，带来可观的经济和实用价值。

Description

一种恒流补偿太阳能LED路灯

技术领域

本发明涉及一种路灯，特别是一种恒流补偿太阳能LED路灯。

背景技术

现有的太阳能LED路灯通常定时控制其启动或关闭，或是通过人为集中控制其开、关，在LED路灯的电流控制方面，对于照明光线要求不高的路况中，时常简单的采用恒压驱动方式来控制，控制简单，对于照明光线要求较高的场合，采用PWM恒流控制方式来驱动LED路灯，以达到稳定输出、提高照明效果的目的。

但此种方式的不足之处在于：无法根据环境光照度的变化自动开启和关闭路灯，造成能源的浪费或达不到路况正常照明的要求。另一方面，众所周知，LED发光二极管是一个半导体器件，其PN结电压随着温度的升高而下降，温度每升高1℃会下降2mV，也正是正是这个原因，使得在一些高功率的太阳能LED路灯系统中，光靠PWM恒流控制电路无法及时消除LED路灯由于温升造成电流的上升，导致其出射光强急剧增强，路灯的光照度不稳定，甚至烧毁LED二极管。

发明内容

针对上述技术问题，本发明公开了一种恒流补偿太阳能LED路灯，有效解决了LED路灯光照度不稳定的问题，同时避免LED路灯因过流而烧毁。

本发明还有一个目的是解决LED路灯无法实现根据环境光照度的变化智能自行开启或关闭的功能。

同时，本发明采用太阳能和工频交流电互补的方式，交互对LED路灯进行供电。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种恒流补偿太阳能LED路灯，包括：

交流电源，其用于为LED路灯提供后备电源；整流滤波电路，其与所述交流电源连接，用于把所述交流电源变成平稳的直流电，作为所述LED路灯的驱动电源；光敏感应电路，其与所述整流滤波电路的输出端连接，用于根据环境光线的强弱产生所述LED路灯的开关信号；PWM开关电路，其与所述光敏感应电路的输出端连接，用于对所述LED路灯进行恒流驱动控制，以满足路况的照明需求；蓄电池组电路，其与所述交流电源并联，并且输入端与光伏电池板连接，输出端与所述PWM开关电路连接，用于将太阳能转变成所述LED路灯工作所需的电能；补偿电路，其与LED路灯连接，用于对所述LED路灯进行温度恒流补偿，以使得所述LED路灯工作稳定，同时避免过流烧毁LED路灯；其中，所述交流电源和所述蓄电池组电路的投切由控制模块联锁控制，所述控制模块还同时配合控制所述PWM开关电路和所述补偿电路，为所述LED路灯输出恒流电流。

优选的，所述整流滤波电路包括：整流桥，其与所述交流电源的输出端连接，用于将交流电整流成直流电；LC滤波器，其由电感L1和电容C1构成，所述电容C1用于滤除电流中的交流成分，所述电感L1用于缓和线路中的电流突变；二极管D1，其阳极与所述LC滤波电路连接，用于对电流进行再次整流。

优选的，所述光敏感应电路包括：与所述二极管D1阴极连接的可调电阻R3、连接在所述可调电阻R3和地之间的光敏电阻R4、一端与所述二极管D1阴极连接的开关管Q1。

优选的，所述PWM开关电路包括：与所述开关管Q1另一端连接的电感L2、与所述电感L2连接的隔离变压器T1、与其原边负极连接的限流电阻R5、串联在所述限流电阻R5和所述整流桥直流负极之间的开关管Q3。

优选的，所述LED路灯通过二次滤波整流电路连接在所述隔离变压器T1的副边。

优选的，所述补偿电路设置在所述二次滤波整流电路和所述LED路灯之间，包括电位器RP和热敏电阻R6。

优选的，所述蓄电池组电路包括：蓄电池BT和开关管Q2，所述蓄电池的负极与所述整流桥直流负极连接，正极通过所述开关管Q2连接在所述开关管Q1和所述电感L2的连接端。

优选的，所述控制模块根据接收到线路中的电流信号和电压信号，经处理得到控制信号，以此来控制所述开关管Q1、Q2和Q3的开、关过程。

优选的，所述控制模块控制所述电位器RP接入电路的阻值。

本发明至少包括以下有益效果：提供的一种恒流补偿太阳能LED路灯，在驱动线路中增设有光敏感应电路，使得LED路灯能根据环境光照度的变化自行开启或关闭，节省电能同时满足实时路况的照明需求；LED路灯的驱动线路中，在PWM恒流开关电路的基础上还增设有温度补偿电路，使得LED二极管上的电流严格保持恒定，稳定了大功率LED路灯的光照度，同时起到了保护LED二极管的作用，此种设计的太阳能LED路灯具有更高的工作效率，同时光照度更加稳定，照明效果更好，且路灯的使用寿命更长，带来可观的经济和实用价值。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的恒流补偿太阳能LED路灯的结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的示意性电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本说明书中，当一个元件被提及为“连接在或耦接在”另一个元件或“设置在另一个元件中”时，其可以“直接”连接在或耦接在另一元件或“直接”设置在另一元件中。或以其他元件介于其间的方式连接在或耦接在另一元件或设置在另一元件中，除非其被提及为“直接耦接在或连接在”另一元件或“直接设置”在另一元件中。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示的是根据本发明的一种实现形式，其中包括：

交流电源，其用于为LED路灯提供备选电源，保证在路灯的正常工作；整流滤波电路，其与所述交流电源连接，用于把所述交流电源变成平稳的直流电，作为所述LED路灯的驱动电源，以实现LED路灯的稳定工作，降低其出射光线的闪烁；光敏感应电路30，其与所述整流滤波电路的输出端连接，用于根据环境光线的强弱产生所述LED路灯的开关信号，同时还用于控制所述交流电源的投切；PWM开关电路50，其一端与光敏感应电路30的输出端连接，通过控制设置在其上的PWM开关管的导通时间来驱动所述LED路灯工作，以实现对所述LED路灯的恒流控制，LED二极管70与PWM开关电路50藕接，从而实现电源与LED二极管70连接。蓄电池组电路40，其与所述交流电源并联，蓄电池通过充电回路与光伏电池板连接，以将太阳能转变成电能，储存在电池组中，蓄电池组还通过开关管与所述LED路灯连接，在电量充足时对LED路灯供电，电量不足时断开连接，用所述交流电源供电，蓄电池组的输出端与所述PWM开关电路50连接；补偿电路60，其直接与LED二极管70串联连接，用于对所述LED路灯进行温度恒流补偿，以使得所述LED路灯工作稳定，同时避免过流烧毁LED路灯，特别是在高功率LED路灯系统中，随着LED路灯的运行，二极管上的温度会随之上升，PN结电压会下降，导致流经LED二极管上的电流上升，光照度随之提高，造成LED路灯工作不稳定，假如不进行有效的控制，最终会烧毁LED二极管，而通过PWM恒流控制电路很难实时控制二极管上的温度变化，只能通过不停地调整开关导通时间，来被动地控制由于温升造成LED二极管上电流的不稳定，电流稳定控制滞后，而设置补偿电路60的目的正在于此，当LED二极管的温度上升时，补偿电路会调整接入电路中的阻值，使得LED二极管70上的电流保持稳定，消除了温升带来的电流失控，使得流经LED二极管上的电流保持恒定，稳定路灯的出光强度，保护LED二极管的安全使用，同时提高了路灯的照明效果。其中，所述交流电源和所述蓄电池组电路40的投切由控制模块80联锁控制，使得路灯能自行开启或关闭，所述控制模块80还同时配合控制所述PWM开关电路50和所述补偿电路60，使得流经所述LED二极管70上电流严格保持恒定。

在一种实例中，如图2所示，所述整流滤波电路包括：整流桥10，其与所述交流电源的输出端连接，用于将交流电整流成直流电；LC滤波器20，其由电感L1和电容C1构成，所述电容C1接于所述整流桥10的直流输出正负极之间，用于滤除电流中的交流成分，所述电感L1接于所述整流桥10的直流输出正极，用于缓和线路中的电流突变；二极管D1，其阳极与所述电感L1和电容C1的公共端连接，用于对滤波后的电流进行再次整流。

在本发明实施方式的恒流补偿太阳能LED路灯中，所述光敏感应电路30包括：与所述二极管D1阴极连接的可调电阻R3、连接在所述可调电阻R3和地之间的光敏电阻R4、集电极与所述二极管D1阴极连接的NPN三极管Q1，所述光敏电阻R4随着环境光照强度的变化，其阻值也随之改变，可调电阻R3起到分压作用，当环境光强变弱时，光敏电阻R4的阻值变大，其上电压也随之变大，当电压达到设定的参考值时，LED路灯自动开启，当环境光线变强，光敏电阻R4的阻值变小，其上的电压下降到设定参考值以下，LED路灯自动关闭，从而实现智能自动控制，通过改变所述滑动电阻R3的阻值可以改变电压参考值，所述三极管Q3用于投切所述交流电源。

在本发明实施方式中，所述PWM开关电路50包括：依次串联连接的电感L2、隔离变压器T1、限流电阻R5和NPN三极管Q3，所述电感L2一端连接在所述三极管Q1发射极，所述隔离变压器T1原边正极与所述电感L2的另一端连接，所述三极管Q3的集电极与所述限流电阻R5连接，发射极与所述整流桥10的直流负极端连接，所述电感L2用于缓和所述隔离变压器T1上感应电动势的突变，保护三极管Q3不被损坏，减少所述隔离变压器T1的自激振荡，稳定所述LED路灯的出光。通过控制三极管Q3的基极驱动电压来调整三极管Q3的导通时间，从而实现对LED路灯的恒流控制。

在本发明实施方式中，所述LED发光二极管70通过二极管D2、电容C2和电感L3构成的二次滤波整流电路连接在所述隔离变压器T1的副边，PWM开关电路50对所述LED发光二极管70进行恒流控制。

在本发明实施方式中，补偿电路60设置在所述二次滤波整流电路和所述LED二极管70之间，包括电位器RP和热敏电阻R6，所述热敏电阻R6随着电路中的电流变化，自动调整其接入阻值，LED二极管70上的工作温度上升，同步光敏电阻R6的阻值也变大，使得线路中的电流下降，限制由于温度升高造成LED二极管上电流的增大，从而起到稳定电流的作用，电位器RP可根据光敏电阻R6和LED二极管70的电压分配情况，调整接入电路的阻值，使得光敏电阻R6的阻值变化与LED二极管70的阻值变化更加匹配，电流补偿调整精度更高，所述补偿电路60作为所述PWM开关电路50恒流控制的温度补偿电路，两者联合使用，使得LED二极管70上的电流保持高度恒定，消除温度变化造成LED二极管70的发光不稳定。

在本发明实施方式中，所述蓄电池组电路包括：蓄电池BT和NPN三极管Q2，所述蓄电池的负极与所述整流桥10的直流负极连接，蓄电池的正极与三极管Q2的发射极连接，三极管Q2的集电极与所述三极管Q1的发射极连接，蓄电池BT作为LED路灯的主要电源，交流电源作为后备电源，两者互补工作，实现对能源利用的最大化。

在本发明实施方式中，本实施例中所述控制模块80采用PWM开关、电源转换、电位调节功能一体化的复合式芯片，其根据接收到的线路中的电流信号和电压信号，经处理得到控制信号，并同时传输至所述NPN三极管Q1、Q2和Q3的基极，以此控制其开、关过程，起到控制LED路灯自行运作的功能，同时还控制电位器RP的接入阻值，使得线路中热敏电阻R6电流补偿精度更高，实现对LED二极管70上驱动电流的恒定控制。具体是，在二极管D1的阴极引出有分压电阻R7、稳压二极管DZ1和二极管D3，二极管D3的阴极与管脚6连接，为芯片供电，芯片7管脚通过电容C3与6管脚连接，同时7管脚接地，电容C3用于消除输入电压震荡。光敏电阻R4和可调电阻R3的连接端与芯片管脚4连接，用于采集环境的光强信号，芯片根据此光强信号，智能控制路灯的开启或关闭。三极管Q1的基极与管脚3连接，三极管Q2的基极与管脚1连接，蓄电池BT的正极端还连接有分压电阻R1和电路R2，用于采集蓄电池的电量，并输入芯片管脚2，当环境光强信号低于设定值时，芯片检测蓄电池上的储存电量，如果电量充足，则控制三极管Q2导通，蓄电池为路灯供电，同时控制三极管Q1保持断开，当蓄电池上的电量不足时，控制三极管Q2断开，同时控制三极管Q1导通，交流电源为路灯供电。三极管Q3的基极与管脚11连接，同时其集电极与管脚10连接，用于采集PWM开关电路中的电流信号，管脚9与LED二极管70连接，采集其上的电流信号，管脚8与电位器RP连接，芯片根据PWM开关电路中和LED二极管上的电流信号，调整电位器RP的接入电阻，同时控制三极管Q3的导通时间，配合热敏电阻R6的恒流补偿功能，使得LED二极管上的电流保持高度恒定，稳定了大功率LED路灯的出光强度，提高了照明效果，同时保护了LED二极管的安全稳定，延长了路灯的使用寿命。

如上所述，本发明的恒流补偿太阳能LED路灯能充分利用太阳能来驱动LED路灯的正常工作，并且可根据环境光照度的变化自行开启或关闭，节省电能同时满足实时路况的照明需求；LED路灯的驱动线路中，在PWM恒流开关电路的基础上还增设有温度补偿电路，两者配合使用，使得LED二极管上的电流严格保持恒定，消除了由于LED二极管上温升造成光照度的变化，稳定了大功率LED路灯的出射光线，同时起到了保护LED二极管的作用，此种设计的太阳能LED路灯具有更高的工作效率，同时光照度更加稳定，照明效果更好，且路灯的使用寿命更长，带来可观的经济和实用价值。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种恒流补偿太阳能LED路灯，其特征在于，包括：

交流电源，其用于为LED路灯提供后备电源；

整流滤波电路，其与所述交流电源连接，用于把所述交流电源变成平稳的直流电，作为所述LED路灯的驱动电源；

光敏感应电路，其与所述整流滤波电路的输出端连接，用于根据环境光线的强弱产生所述LED路灯的开关信号；

PWM开关电路，其与所述光敏感应电路的输出端连接，用于对所述LED路灯进行恒流驱动控制，以满足路况的照明需求；

蓄电池组电路，其与所述交流电源并联，并且输入端与光伏电池板连接，输出端与所述PWM开关电路连接，用于将太阳能转变成所述LED路灯工作所需的电能；

补偿电路，其与LED路灯连接，所述补偿电路包括电位器RP，用于对所述LED路灯进行温度恒流补偿，以使得所述LED路灯工作稳定，同时避免过流烧毁LED路灯；

其中，所述交流电源和所述蓄电池组电路的投切由控制模块联锁控制，所述控制模块还同时配合控制所述PWM开关电路和所述补偿电路，为所述LED路灯输出恒流电流；

其中，所述整流滤波电路包括：

整流桥，其与所述交流电源的输出端连接，用于将交流电整流成直流电；

LC滤波器，其由电感L1和电容C1构成，所述电容C1用于滤除电流中的交流成分，所述电感L1用于缓和线路中的电流突变；

二极管D1，其阳极与所述LC滤波电路连接，用于对电流进行再次整流，其中，电感L1连接在整流桥直流正极与二极管D1的阳极之间，电容C1连接在整流桥直流负极与二极管D1的阳极之间；

所述光敏感应电路包括：与所述二极管D1阴极连接的可调电阻R3、连接在所述可调电阻R3和地之间的光敏电阻R4、一端与所述二极管D1阴极连接的开关管Q1；所述R3和R4的连接点连接到控制模块的输入端；

所述PWM开关电路包括：与所述开关管Q1另一端连接的电感L2、与所述电感L2连接的隔离变压器T1、与其原边负极连接的限流电阻R5、串联在所述限流电阻R5和所述整流桥直流负极之间的开关管Q3；

所述蓄电池组电路包括：蓄电池BT和开关管Q2，所述蓄电池的负极与所述整流桥直流负极连接，正极通过所述开关管Q2连接在所述开关管Q1和所述电感L2的连接端；

所述控制模块控制所述开关管Q1、Q2和Q3的开、关过程；控制模块根据接收到的线路中的电流信号和电压信号，经处理得到控制信号，并同时传输至所述开关管Q1、Q2和Q3的基极，以此控制其开、关过程，起到控制LED路灯自行运作的功能，同时还控制电位器RP的接入阻值；其中，所述电流信号和电压信号包括，光敏信号、来自串联到电池正极的电量采样信号、来自开关管Q3的电流采样信号、来自LED路灯的电流采样信号；

所述控制模块控制所述电位器RP接入电路的阻值。

2.如权利要求1所述的恒流补偿太阳能LED路灯，其特征在于，所述LED路灯通过二次滤波整流电路连接在所述隔离变压器T1的副边。

3.如权利要求2所述的恒流补偿太阳能LED路灯，其特征在于，所述补偿电路设置在所述二次滤波整流电路和所述LED路灯之间，包括电位器RP和热敏电阻R6。